Trong 11 năm gần đây, trường Đào Duy Từ nằm trong số 3 trường trung học phổ thông của Hà Nội có học sinh tham dự kỳ thi Học sinh giỏi Quốc gia lớp 12 các môn Toán, Vật lý, Hóa học, Ngữ văn, Tiếng Anh và 100% số học sinh tham dự đều đạt giải. Đặc biệt, trong kỳ thi Olympic Vật lý Quốc tế lần thứ 39 năm 2008, học sinh Trần Anh Vũ của Trường đã đạt Huy chương Đồng góp phần để đoàn Việt Nam xếp thứ ba trong tổng số 85 đoàn.
Tính đến nay đã có 16 học sinh đạt giải HSG Quốc gia: 02 giải Nhì, 12 giải Ba, 02 giải Khuyến khích.
Đặc biệt có em Trần Anh Vũ được chọn vào Đội tuyển Học sinh giỏi Việt Nam gồm 05 học sinh tham dự kỳ thi Olympic Vật lý Quốc tế tháng 7/2008 và đoạt Huy chương đồng (4 học sinh còn lại thuộc Trường chuyên Phan Bội Châu tỉnh Nghệ An, Trường chuyên Lê Quý Đôn thành phố Đà Nẵng, Khối phổ thông chuyên Lý thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường chuyên Hà Nội – Amsterdam). Như vậy đã trở thành trường không chuyên duy nhất trong lịch sử đạt được thành tích đặc biệt xuất sắc này.
