Współpraca nasiliła się w odmiennych warunkach geopolitycznych po II wojnie światowej – rząd PRL i rząd Jugosławii podpisały wówczas łącznie kilkadziesiąt różnych wspólnych dokumentów, na podstawie których zacieśniano wzajemne relacje. Proces rozpadu Jugosławii poskutkował chwilowym osłabieniem relacji dwustronnych. Polska w tym czasie koncentrowała się na akcesji do Wspólnot Europejskich oraz NATO, jednak uczestniczyła też w działaniach na rzecz stabilności i pokoju na Bałkanach. Ponadto wsparcia dla ludności cywilnej udzielała Polska Akcja Humanitarna. Od początku XXI wieku kolejne polskie rządy wspierały demokratyzację Serbii oraz jej starania o akcesję do Unii Europejskiej – wyrazem tego było m.in. przekazywanie doświadczeń z zakresu transformacji ustrojowej, integracji europejskiej oraz procesów pojednania.
Od 16 maja 2012 współpracę gospodarczą między obydwoma krajami reguluje Umowa między Rządem Rzeczypospolitej Polskiej a Rządem Republiki Serbii o współpracy gospodarczej. Na podstawie przepisów tej umowy funkcjonuje m.in. Wspólna Komisja ds. Współpracy Gospodarczej. Od 10 września 2014 obowiązuje Umowa między Rządem Rzeczypospolitej Polskiej a Rządem Republiki Serbii o współpracy w dziedzinie kultury, edukacji i nauki.