Место Б. Г. Егорова в мае 1964 года занял член-корреспондент АМН СССР Александр Иванович Арутюнов (1904—1975), впоследствии академик и Герой Социалистического Труда. Ученик Н. Н. Бурденко, он проделал путь фронтового хирурга, затем создал в 1950 году Киевский институт нейрохирургии и украинскую школу нейрохирургов и, наконец, возвратился директором в alma mater. В роли лидера советской нейрохирургии особенно ярко проявилась полярность незаурядной личности как в эмоциях — умел любить, умел и ненавидеть, так и в действиях — умел создавать, умел и разрушать. Смелый нейрохирург, авторитарный и вместе с тем удивительно демократичный руководитель, он сменил заведующих отделениями, выдвигая молодых ученых и увольняя достигших пенсионного возраста, основательно изменил структуру Центра. 11-летний период директорства А. И. Арутюнова ознаменовался широким выходом советской нейрохирургии на международную арену, а самого Александра Ивановича избирают почетным вице-президентом Всемирной федерации нейрохирургических обществ (WFNS). А. И. Арутюнов восстановил для Центра I категорию; при нём был создан диссертационный спецсовет. Александр Иванович возглавлял подготовку и проведение 1 Всесоюзного съезда нейрохирургов.
Творчество А. И. Арутюнова тяготело к методологическим вопросам нейрохирургии. Он разбрасывал идеи, оставляя их доказательство другим (в частности, так обстояло дело с концепцией фазности течения опухолей головного мозга). В предкомпьютерную эру А. И. Арутюнов занялся модернизацией хирургических доступов к базальным опухолям мозга.
Александр Иванович перенес несколько инфарктов и клиническую смерть, но вновь и вновь вставал за операционный стол. Умер он на директорском посту от острой сердечной недостаточности.
С 1975 г. по настоящее время Центр возглавляет академик РАН и РАМН Александр Николаевич Коновалов.
