Sau đó, ông Hưng được điều động đến công tác tại Phòng Cảnh sát điều tra tội phạm về tham nhũng, kinh tế và buôn lậu Công an tỉnh Đồng Nai. Tại đây, ông Hưng tham gia phá đại án buôn lậu xăng dầu lớn nhất cả nước từ trước đến nay.
Khi được bổ nhiệm làm Phó Phòng PC02 Công an TP.HCM, trung tá Hưng cũng lập nhiều chiến công như điều tra, xử lý nhiều sai phạm, tiêu cực trong lĩnh vực đăng kiểm; phá các vụ án về tín dụng đen, cưỡng đoạt tài sản liên quan đến các công ty tài chính, công ty luật…
Mới đây, ông Hưng cũng chỉ đạo phá vụ án liên quan đến hành vi lừa đảo chiếm đoạt tài sản, lạm dụng tín nhiệm chiếm đoạt tài sản do Phan Công Khanh và đồng phạm thực hiện.
Trong quá trình công tác, trung tá Nguyễn Thành Hưng 4 lần được Chủ tịch nước trao tặng Huân chương Chiến công và nhận nhiều bằng khen của Bộ Công an, UBND các tỉnh, thành phố.