2005年（民國94年）8月，國內的小教再次升級，由師範學院升格教育大學，於是國立臺中師範學院再更改為「國立臺中教育大學」。與前此校門相比，僅將門柱上的校名及校徽加以更換，不過其意義非比尋常。臺中師院在爭取改大時，曾面臨不少挑戰，最顯著的劣勢就是校地不足。根據大學法規定，大學校地至少需10公頃以上，為符合此條件，學校一度考慮遷校，於是不斷向各縣市政府洽商，尋覓合適地點，至少曾踏查或接洽過彰化二林、臺中烏日、東勢、南投九九峰旁等地方，不過都因主客觀條件不適合而未能成功；最後是申請將預計作為附屬實驗小學遷校用的「文小」用地變更為「文大用地」，透過地目變更，使學校面積得以符合法令要求，在賴清標校長任內順利升格。

學校規模在改制師院時僅有四個系，學生數約千餘人，升格為大學後，發展更為迅速，迄2020年（民國109年）為止有4學院、17系、1獨立研究所、4個碩士學位學程；另有21碩士班、3博士班、13碩士在職專班，學生數超過五千人。隨著師生數量逐年增加，2015年（民國104年）於變更後的文大用地興建英才樓；此外，學校所屬校園空間尚有進修推廣部、國際會館、學人宿舍、附屬小學、林之助紀念館、學生宿舍、中華路舊職務宿舍等，橫跨西區及北區，其分布範圍可說與舊臺中市緊密相連。