Au tournant des années 2000, le régiment est professionnalisé (1998) et intégré à la 3ᵉ brigade mécanisée avant d’évoluer vers de nouvelles configurations tactiques.

Aujourd’hui, le 126ᵉ régiment d’infanterie fait partie de la 9ᵉ brigade d’infanterie de marine (9ᵉ BIMa).

À partir des années 1980, le 126ᵉ RI participe à de nombreuses missions internationales :

• Missions de maintien de la paix au Liban (FINUL) ;
• Interventions en Bosnie-Herzégovine (FORPRONU) ;
• Engagements au Kosovo, en Afghanistan (ISAF et Opération Pamir) ;
• Opérations en Côte d’Ivoire, République centrafricaine et au Sahel dans le cadre de Serval et Barkhane ;
• Missions de courte durée en Pologne (GERFAUT) et en Estonie (LYNX).

Sur le territoire national, le 126^e régiment d'infanterie est engagé dans le cadre de l'opération Sentinelle et peut être projet en mission de courte durée dans les départements et territoires d'outre-mer Guyane (Harpie), Mayotte, La Réunion, Nouvelle-Calédonie.