1998年，晋升为内科及药物治疗学讲座教授、肠胃及肝科主管。

1998年10月至2010年7月，担任香港中文大学威尔斯亲王医院内科及药物治疗系系主任。

1999年5月至2003年12月，担任香港中文大学研究委员会主席。

2002年8月至2004年8月，担任香港中文大学医学院副院长（临床）。

2003年9月至2009年7月，担任香港中文大学防治传染病研究中心所长。

2003年，非典型肺炎疫症爆发期间，沈祖尧积极进行抗疫工作，被《时代周刊》誉为当年的“亚洲英雄”。

2004年8月至2010年7月，担任香港中文大学医学院副院长（常务）。

2005年5月至2010年7月，担任香港中文大学消化疾病研究所所长。

2007年，被委任为香港中文大学莫庆尧医学讲座教授。

2008年2月至2010年7月，担任香港中文大学逸夫书院院长。

2009年11月10日，香港中文大学校董会举行特别会议，通过聘任沈祖尧教授为下一任校长，任期五年，由2010年7月1日起生效。

2010年7月至2017年12月，担任香港中文大学校长。

2011年，当选中国工程院院士。

2013年8月，出任香港中文大学（深圳）理事长。

2017年12月，卸任香港中文大学校长职位后，在威尔斯亲王医院工作，从事预防肠胃科癌症研究。

2018年至2021年，担任香港中文大学消化疾病研究所所长。

2021年3月，获颁香港中文大学荣休教授名衔。

2021年4月，出任新加坡南洋理工大学李光前医学院院长，该职位无任期限制，同时受委为南大高级副校长（健康与生命科学），负责整合全校的健康、医学与生命科学领域活动，并被授予“杰出大学教授”的终身教职，这是南大的最高教职。他还继续兼任香港中文大学莫庆尧医学讲座教授。

沈祖尧在国际上首创了为期一周的抗幽门螺旋菌治疗方案；率先采用内窥镜治疗消化性溃疡出血；制定多种预防因非甾体类抗炎药或阿司匹林（NSAIDs、aspirin）引起的溃疡并发症的治疗方案；率先在亚太地区确立了结肠镜检查对早期发现无症状大肠癌的临床筛查价值；在消化系统肿瘤发生的分子机制方面作了系列创新性研究。

截至2015年6月，沈祖尧先后在国际期刊发表论文680逾篇，包括10多篇刊于《新英伦医学杂志》（The New England Journal of Medicine）及《柳叶刀》（Lancet）等，著作及编辑的书籍30多本。2018年、2019年、2020年入选最广获征引研究人员（Highly Cited Researchers）。

沈祖尧强调，大学教育更应捍卫人文精神，教导学生明白和欣赏不同文化与哲理，培养他们体察别人的价值与需要的能力。他希望能带领香港中文大学坚守人文精神、创新和批判思维的原则，保存和发扬大学核心价值。

沈祖尧担任香港中文大学校长七年多期间，推动书院发展、落实3+3+4学制改革、推动港中大的国际化、设立港中大深圳分校和教学医院，尤其是启动“I·CARE博群计划”，通过不同类型的活动，帮助学生全面发展，资助学生研究不同的社会问题。

2003年，沈祖尧获得香港中文大学校长模范教学奖及香港中文大学医学院杰出教师奖。

2015年8月，沈祖尧参加在香港举行的第30届全国青少年科技创新大赛，为参赛的青少年做了一场题为《怎样成为一名成功的科学家》的报告。

沈祖尧对筛查及防预癌症做出卓越贡献。（2008年美国防癌基金会颁发桂冠奖评）

沈祖尧对病人很关怀，对同事很关心，教导学生也有耐性。（香港中文大学第四任校长李国章评）

沈祖尧在香港中文大学担任逸夫书院院长期间，与学生之间一直保持良好的关系，深受书院学生的欢迎，沈祖尧管理能力不容置疑。（香港中文大学副校长黄乃正评）

沈祖尧教授是世界知名的胃肠病学专家，在学术研究、临床医学、社会服务等方面都取得了杰出的成就。沈祖尧受聘清华名誉教授将极大地推动清华医学和临床医学发展，进一步深化两校战略合作关系，实现双方共赢发展。（清华大学校长邱勇评）

2003年SARS肆虐，沈祖尧凭多年的临床经验和学识，带领同事，站到第一线抗击疫情，成就卓著，声名鹊起，不仅香港社会为之骄傲，美国《时代周刊》更把他誉为“亚洲英雄”。作为医生，沈祖尧行医救人之余，不忘对国家、对社会有所承担。他一直提倡，并且身体力行地实践医学人文精神，比如他对香港医疗体制的关切。（人民网评）

2010年12月19日，国际小行星命名委员会将国际永久编号第88879号小行星命名为“沈祖尧星”，该行星由杨光宇于2001年9月25日在美国Desert Eagle天文台发现。