2010年11月25日，哈尔滨工业大学、北京理工大学、大连理工大学、东南大学、华南理工大学、西北工业大学、同济大学、天津大学等8所高校在上海同济大学宣布签署《卓越人才培养合作框架协议》，同意全方位合作，并宣布2011年自主选拔录取实行联考。 重庆大学于次月宣布加入，至此，卓越联盟基本形成。
截至2014年5月，学校与24个国家和地区的188所大学及科研机构建立了长期稳定的合作关系，与美国宾州州立大学和白俄罗斯国立大学联合建立两所孔子学院;聘请330位海外知名学者和人士作为学校的名誉、客座教授。因公出国(境)学术交流每年近1600人次。
学校专门设立了大连理工大学国际化基金，简称校国际化基金，用以资助海外学者聘请、教师国外进修、参加重要学术会议、承办国际学术会议及合作办学。同时，为了吸引更多的外国留学生来校学习，本基金专门设立外国留学生奖学金项目。
学校继续教育学院开展留学直通车3+1+1本硕连读项目，引进了国外优质教育资源。为国内培养急需的高素质国际型、复合型人才。在以学生为中心的前提下，实现学分互认。课程衔接，中外合作的运作模式。学生可选择美国、澳大利亚、加拿大、荷兰、新加坡以及马来西亚等国家完成本科、硕士学位。
在国家留学基金委公布了2013年优秀本科生国际交流资助项目中，学校申报的大连理工大学与德国慕尼黑工业大学本科生交流项目等18个项目(共46人)全部获批，获批项目率达到100%，位居各高校前列。
合作学校
德国:慕尼黑工业大学，达姆施塔特工业大学，斯图加特大学;
英国:杜伦大学;
瑞典:皇家工学院、丹麦技术大学;
比利时:根特大学;
葡萄牙:里斯本理工大学;
美国:伊利诺伊大学芝加哥分校;
日本:北海道大学，东北大学，东京工业大学，横滨国立大学，广岛大学;
韩国:仁荷大学，成均馆大学，韩国高丽大学，韩国延世大学。