海淀区三甲医院有中国人民解放军总医院、北京大学第三医院、北京大学肿瘤医院等多家。其中中国人民解放军总医院拥有7个国家级重点实验平台，46个省部级及全军重点实验室，并在中国医院综合排行榜中名列前茅，位列全国第3；北京大学第三医院的医疗服务量和效率居于北京市前列，该院的脊柱外科是国内最强的学科，同时该医院在复旦版榜中排名全国第14位；北京大学肿瘤医院拥有1个国家重点学科，2个国家临床重点专科，在复旦版榜中排名第62。
第一名：中国人民解放军总医院
301医院（中国人民解放军总医院）是集医疗、保健、教学、科研、预防、康复、核生化防护、医学救援于一体，向建设世界一流军队医院迈进的大型现代化综合性医院。医院拥有21个临床医学部、8个国家重点学科，3个军队“双重”学科，5个国家临床医学研究中心，以肾脏疾病国家重点实验室为代表的7个国家级重点实验平台，46个省部级及全军重点实验室，61个全军医学研究所和专科中心。该医院在复旦版《2021年度中国医院综合排行榜》中排名第三。
第二名：北京大学第三医院
北京大学第三医院是集医疗、教学、科研、预防保健、康复与健康管理为一体的综合性三甲医院，近十余年来，医院医疗服务量和效率居于北京市前列。其中脊柱外科是国内最强的学科，生殖医学中心的治疗方法最全面、规模是国际最大之一，运动医学研究所是新中国最早成立、国内唯一的中国奥委会指定运动员伤病防治中心。该医院在复旦版《2021年度中国医院综合排行榜》中排名第14。
第三名：北京大学肿瘤医院
北京大学肿瘤医院是一所由北京大学、北京市医院管理中心共管的三级甲等肿瘤专科医院。设有35个临床科室，14个医技科室，10个基础研究科室，4个基础平台科室。有国家重点学科1个(肿瘤学)、国家临床重点专科2个(肿瘤科、病理科)、北京市重点学科4个(胃癌防治中心、乳腺癌防治中心、影像介入治疗中心、超声诊断中心)、北京市中医管理局重点学科1个(中西医结合科暨老年肿瘤科)。该医院在复旦版《2021年度中国医院综合排行榜》中排名第62。
第四名：北京大学口腔医院
北京大学口腔医院拥有口腔专科全部8项“国家临床重点专科”建设项目：牙体牙髓病科、牙周病科、口腔颌面外科、口腔修复科、口腔正畸科、儿童口腔科、口腔黏膜病科、口腔种植科。在2018、2019年度全国三级公立医院绩效考核中连续名列口腔医院第一。复旦版“中国医院专科排行榜”自2010年发榜以来，一直荣列口腔专科第一名（已连续12年）；中国医学科学院2020年度中国医院科技量值（STEM）榜单第1名。该医院在复旦版《2021年度中国医院综合排行榜》中排名第77。
第五名：北京大学第六医院
北京大学第六医院是国家精神心理疾病临床医学研究中心，拥有国家卫健委唯一的精神卫生学重点实验室，为教育部批准的精神病与精神卫生学国家重点学科。设有综合病房两个，收治来自全国各地的急症、重症、难治的精神障碍患者；设有特需医疗病房一个，面向高端人群和国外使领馆的外交人士；设有老年、儿童、临床心理病房、睡眠医学科病房等亚专科病房以及酒药依赖和进食障碍等特色病种病房，为相关人群提供专科的精神卫生服务。该医院在复旦版《2021年度中国医院综合排行榜》中排名第92。
第六名：中国人民解放军总医院第六医学中心
中国人民解放军总医院第六医学中心是集卫勤、医疗、教学、科研、保健于一体的医学中心。现设56个专业科室，包括高压氧科、神经外科、耳鼻喉科、眼科和空潜科5个国家临床重点专科，1个全军微创神经外科研究所，耳鼻喉、高压氧、航海航空医学和优生优育技术指导4个全军医学专科中心，腰椎间盘、结节病和视光学疾病3个全军医学专病中心，全军海战伤救治研究重点实验室和全军药理试验基地。
第七名：首都医科大学附属北京世纪坛医院
首都医科大学附属北京世纪坛医院的肿瘤科为北京市重点专科建设项目，“中医内分泌科”为国家重点专科建设项目、国家中医药管理局区域中医（专科）诊疗中心建设项目。冠心病介入治疗、急性脑梗塞超早期溶栓及血管内治疗、肥胖症及糖尿病手术治疗及中西医结合治疗、妇科内分泌疾病及高危孕产妇的抢救治疗、老年病综合评估及高龄病人的麻醉手术治疗、脑积水的微创治疗、矫形骨科、中医肛肠”等形成国内知名特色治疗。
第八名：解放军第309医院
解放军第309医院已成为专业学科齐全，诊疗技术先进，医疗设备现代，生活设施完善的大型综合性三级甲等医院，是第四军医大学、中国医科大学、武警医学院等军地院校教学医院，下设3个亚专科和1个实验室（皮肤科、整形美容科、烧伤修复科和中心实验室）。医院设置有国家重点学科全军结核研究所、全军器官移植中心等48个专业学科。
第九名：空军总医院
空军总医院学科设置齐全，已发展成为一所集医疗、教学、科研和预防保健为一体的大型现代化综合性三级甲等医院。拥有50多个临床、医技科室，拥有皮肤科、中西医结合正骨治疗科、中医科3个国家中医药管理局重点学科和专科、专病中心，1个全军皮肤病研究所，8个全军医学专科、专病中心，1个国家药物临床试验机构及全军临床药理基地，设有飞行学员医学选拔中心及一批特色学科。
第十名：中国人民解放军总医院第一附属医院
中国人民解放军总医院第一附属医院是一所以医教研相结合、创（烧）伤外科、骨科、急救医学和危重症救治为主要特色的三级甲等综合性医院。自建设以来形成了以烧伤、骨科为龙头学科的战创（烧）伤学科体系，打造了以创（烧）伤、急救和危重症救治三大方向为主的救治特色，形成了一条集战现场急救、专科治疗、愈后康复、功能重建为内容的全流程战创伤救治链条。