为了进一步扩大学校的办学规模，经天津市教委批准学校高中部自2001年起招收外省市学生。2003年该校还分别从河北、河南、山东、辽宁、黑龙江等省市招收了一批中考成绩达到省级重点中学录取线以上并获全国奥林匹克物理、数学、化学竞赛一、二等奖的优秀初中毕业生，成立了南开翔宇学校理科实验班。这些学生在校就读各方面表现优秀。南开翔宇学校也已在周边一些省市打开了知名度。
该校高度重视学生创新精神的培养，努力发展学生特长。在特长生培养方面作了大量工作。在2003年全国和天津市初中学科竞赛中有39人次获一等奖，40人次获二等奖，51人次获三等奖，其中刘天强同学荣获全国初中数学竞赛天津赛区一等奖第一名。高三年级张家祥同学在全国物理竞赛中取得天津赛区一等奖；马韬同学在全国物理竞赛中取得天津赛区二等奖。
在中国加入WTO之后，为培养具有国际竞争意识和能力的跨世纪的复合型人才，该校利用三年时间进行双语教学实验：自然科学课程用双语讲授，社会人文学科课程开设的仍是汉语讲授；在双语教学中同时使用中文、英文两种版本的教材；同时使用汉语普通语和英语；实行双语教学的科目均设置学生自主选择的选修课，而选修课与必修课在两种语言的主从地位设置不同；此外，每周五天的课余时间学校分别设置英语交流日和汉语交流日。已有一批专门从事双语教学的教师，双语教学已在我校全面展开。2002年5月成功地承办了全国首届双语教学研讨会，在会上他们向全国兄弟校介绍了双语教学的实践过程并展示了双语教学成果，均取得良好效果。为不断深化双语教学的成果，学校自2003年在公众部开设双语实验班，致力于为我国高校外语专业和外语类高校输送优秀的后备人才，也为那些有出国深造志向的学子能够进入国外知名大学奠定扎实的语言及综合素质基础。双语实验班在教学上单独进行课程设置，并聘请6名外籍教师执教社会学、科学课等国外特色课程，同时学生在高中期间定期到国外研修。通过三年有计划的学习，学生将具备双语、双文、双能的素质，基本达到雅思5分的成绩。
