Après l'achèvement de la remise en état des accès et des abords, la résolution est prise de redonner vie à la chapelle, et de mettre en place un projet global de renaissance du site. Un groupe de travail se constitue en 2003, et l'association des amis du prieuré de Bray est fondée en 2004. Le projet de restauration élaboré par les architectes Thomas Gaudig, Perrine Leclerc et Guillaume Moine est validé par la DRAC Picardie en 2005. Les travaux de restauration commencent aussitôt. Ils progressent assez rapidement, et dix ans plus tard, l'extérieur et l'intérieur de la chapelle sont entièrement restaurés. 

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