Dodatkowo obraz miejscami pokrywały trzy lub cztery warstwy werniksu, położonego często nierówno, pod którym widać było zabrudzenia zniekształcające kolorystykę.
Konserwacja Bitwy pod Grunwaldem rozpoczęła się w lipcu 2010 i składała się z dwóch etapów: prac konserwatorsko-restauratorskich prowadzonych na podobraziu oraz konserwacji tzw. lica, czyli warstwy malarskiej. Ze względu na duże rozmiary dzieła (42 m²) przeprowadzono ją w specjalnie zaadaptowanej do tego celu Sali Matejkowskiej na I piętrze Muzeum Narodowego w Warszawie (gdzie na stałe eksponowany jest obraz). Podczas trwających dwa lata prac konserwacyjnych zużyto 2,5 tysiąca ostrzy skalpeli oraz ponad 150 litrów rozpuszczalników, za pomocą których zdrapano około 200 kilogramów brudu oraz warstw poprzednich konserwacji. Obraz, którego masa przed konserwacją wynosiła około 500 kilogramów ma obecnie 42,7 metrów kwadratowych oraz waży 290 kilogramów. Koszt konserwacji obrazu wyniósł ponad milion złotych„Bitwa pod Grunwaldem” odzyskała dawny blask art na stronach Polskiego Radia..
Prace zakończyły się w sierpniu 2012, a we wrześniu odrestaurowany obraz i Salę Matejkowską ponownie udostępniono dla zwiedzających.