Năm 2001 - 2005, Bảo tàng đã phối hợp với Bảo tàng Lịch sử Việt Nam đưa bộ trưng bày lưu động “Việt Nam 4000 năm dựng nước và giữ nước” đến 14 huyện, thị xã, thành phố trên địa bàn tỉnh, trưng bày phục vụ nhân dân vào các ngày lễ, kỷ niệm lớn của đất nước và tỉnh nhà.

Năm 2006, Bảo tàng xây dựng bộ trưng bày lưu động “Thanh Hóa trong sự nghiệp dựng nước và giữ nước”. Với khoảng 400 hình ảnh, tài liệu, bản đồ, bản trích…được chắt lọc, trình bày có hệ thống từ khái quát đến cụ thể trên 31 pano. Bộ trưng bày đã giới thiệu Thanh Hóa qua các thời kỳ lịch sử: từ thời tiền sơ sử (cách ngày nay 30 - 40 vạn năm), đến thời kỳ các Vua Hùng dựng nước; Đấu tranh giành độc lập dân tộc; Xây dựng và bảo vệ quốc gia phong kiến độc lập tự chủ; Truyền thống Cách mạng Thanh Hóa (1858 - 1945); Thanh Hóa trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ đất nước (1945 - 1975) đồng thời giới thiệu một số hình ảnh Thanh Hóa trong thời kỳ đổi mới. Bộ trưng bày ra đời đã phục vụ kịp thời những nhiệm vụ chính trị trọng đại của đất nước và của tỉnh, đáp ứng nhu cầu hưởng thụ văn hóa, lịch sử của đông đảo quần chúng nhân dân trong tỉnh, đặc biệt là các thế hệ học sinh, sinh viên.

Hình thức tổ chức chủ yếu là phối kết hợp với Phòng Văn hóa các huyện, thị chọn địa điểm trưng bày, thuyết minh, giới thiệu… đặc biệt chú trọng các huyện vùng sâu, vùng xa.

Theo thống kê, tính đến nay Bảo tàng Thanh Hóa đã tổ chức trưng bày lưu động được 13/27 huyện, thị (trong đó có những huyện tổ chức 2 lần), đó là các huyện: Hoằng Hóa, Vĩnh Lộc, Nông Cống, Triệu Sơn, Như Thanh, Nga Sơn, Yên Định, Lang Chánh, Thạch Thành, Đông Sơn, Thọ Xuân, thị xã Bỉm Sơn, Đồn Biên phòng cửa khẩu Na Mèo (huyện Quan Sơn) và một số điểm trên địa bàn thành phố như: Khu tưởng niệm Bác Hồ, Quảng trường Lam Sơn, Trường THPT chuyên Lam Sơn… Qua mỗi đợt trưng bày đã thu hút được hàng ngàn lượt khách đến tham quan, học tập, để lại nhiều ấn tượng tốt đẹp trong lòng công chúng.

Thông qua công tác trưng bày lưu động, bảo tàng đã góp phần đưa văn hóa về cơ sở, khơi gợi niềm đam mê, nâng cao ý thức, trách nhiệm của mọi công dân trong việc bảo tồn và phát huy những giá trị di sản văn hóa dân tộc. Phục vụ đắc lực sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa vì mục tiêu dân giàu, nước mạnh, xã hội dân chủ, công bằng, văn minh, tiến bước vững chắc trên con đường chủ nghĩa xã hội.