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Parallèlement, l'orchestre collabore avec le Grand-Théâtre de Bordeaux. Sur scène ou dans la fosse, la formation est alors dirigée par D.-E. Inghelbrecht, A. Cluytens, H. Knappertsbusch, G. Pierné...
La fin de la deuxième guerre mondiale est marquée par le départ de Gaston Poulet et la transformation de l'orchestre. La programmation de l'Orchestre Philharmonique de Bordeaux est alors confiée au Directeur du Conservatoire : Georges Carrère. En 1963, Jacques Pernoo lui succède. La formation devient l'Orchestre Symphonique de Bordeaux.
En 1973, sous l'impulsion de la politique de décentralisation musicale de Marcel Landowski, l'activité de l'orchestre - doté d'une nouvelle mission régionale - s'intensifie. Avec son nouveau directeur Roberto Benzi et ses 95 musiciens, l'Orchestre de Bordeaux Aquitaine continue d'assurer ses prestations lors des spectacles du Grand-Théâtre de Bordeaux tout en se produisant dans la métropole régionale et dans le Grand Sud-Ouest ainsi qu'à l'étranger (Italie, Maroc, Suisse, Allemagne...).
En 1988, Alain Lombard est nommé Directeur artistique de la formation bordelaise promue à cette occasion Orchestre National Bordeaux Aquitaine. L'orchestre connaît un fort développement : il exploite les ressources du grand orchestre symphonique et s'illustre dans la musique de chambre. Disques compacts, enregistrements télévisés et tournées internationales se multiplient. À Bordeaux comme en Aquitaine, le nombre de ses auditeurs s'accroît de façon considérable.
Thierry Fouquet est nommé Directeur de l'Opéra de Bordeaux en mai 1996. Aujourd'hui membre à part entière de cette institution, l'Orchestre National Bordeaux Aquitaine, qui compte 120 musiciens, participe aux représentations lyriques ou chorégraphiques et intensifie, depuis quelques années, ses activités en direction du jeune public, celles-ci comptant parmi les actions les plus exemplaires réalisées en France en ce domaine. Du 1er septembre 1998 à la rentrée 2004, le chef d'orchestre Hans Graf a assuré les fonctions de Directeur musical de l'Orchestre National Bordeaux Aquitaine. Le 24 juin 1999, Yutaka Sado a été nommé Premier chef invité de l'ONBA, fonction qu'il a assurée jusqu'à la fin de la saison 2003-2004. De septembre 2004 à septembre 2006, c'est le compositeur Christian Lauba qui assure la direction de la formation bordelaise. Kwamé Ryan a été nommé Directeur artistique et musical de l'Orchestre National Bordeaux Aquitaine. Il a pris officiellement ses fonctions en septembre 2007.
Outre ses prestations symphoniques et chambristes à Bordeaux (séries de 20 programmes symphoniques, concerts d'été, festivals..., musique de chambre à travers les « Formations solistes », festival Ciné-concerts), l'Orchestre National Bordeaux Aquitaine remplit sa mission régionale et nationale ; il participe notamment aux plus grands festivals français (Folle Journée de Nantes, La Roque-d'Anthéron, Euskadi, Orange, Radio France...). Le répertoire de l'orchestre s'étend aujourd'hui du baroque (interprété avec enthousiasme par un ensemble issu de l'orchestre) aux compositions de notre temps, reflet de la curiosité passionnée de ses Directeurs musicaux (l'ONBA, sous la direction de Hans Graf, fut par exemple le premier orchestre français à donner la création d'Henri Dutilleux, The Shadows of Time, en octobre 1998, à Bordeaux).