2011年2月11日，诺基亚在英国伦敦宣布与微软达成战略合作关系，放弃Symbian和MeeGo。采用微软Windows Phone系统，并且将参与该系统的研发。

2012年6月21日，微软在美国旧金山新闻发布会上发布了Windows Phone 8（WP8）操作系统，它采用了全新的NT内核和界面，可支持多核处理器和高清分辨率，整体性能更多强劲，诺基亚开始大量生产WP8手机。不过新的WP8系统和原来的WP7.5系统并不兼容。9月5日晚10点，诺基亚联合微软在美国纽约举办发布会，正式推出两款采用微软Windows Phone 8操作系统的智能手机。

2013年9月3日上午宣布，微软宣布将以约71.7亿美元收购诺基亚手机业务，以及大批专利组合。微软将以37.9亿欧元收购诺基亚的设备与服务部门，同时以16.5亿欧元购买其专利组合的授权，共计54.4亿欧元，约折合71.7亿美元。 诺基亚将向微软提供10年期非排他性专利授权。微软同时将向诺基亚提供与位置技术相关的专利授权。微软未来有权延长这一专利合作。

2013年11月19日晚上八点，诺基亚将举行股东大会，尽管遇到一小部分股东的不满，但是媒体称如果没有意外，大会将会批准诺基亚将手机业务转让给微软。

2014年4月25日，微软宣布已经完成对诺基亚设备与服务部门的收购。此次收购已经获得诺基亚股东和各国各地区监管机构的批准。

2014年5月6日，诺基亚宣布将投资1亿美元（约合人民币6.16亿元）设立一只新基金，对开发智能汽车技术的公司进行投资，以支持诺基亚数字地图业务的发展。新基金将由诺基亚旗下风险投资业务部门Nokia Growth Partners负责管理。

2014年7月18日，微软公司宣布，未来一年将裁员1.8万人，其中约1.25万个岗位来自诺基亚部门。