Batsman Godleman, 27, har undertecknat ett tvåårigt kontrakt, medan Thakor, 22, har kommit överens om ett treårigt avtal.
Thakor har gjort 606 matcher i genomsnitt 67, och tog 22 wickets i genomsnitt 31, i nio County Championship matcher i sommar.
Godleman denna vecka gjorde 100 poäng mot före detta klubb Essex - hans tredje sekel i hans senaste åtta Championship innings.
Han anslöt sig till Derbyshire 2012 efter att ha släppts av Essex, medan Thakor undertecknades från Leicestershire i slutet av 2014 säsongen.
Huvudtränaren John Sadler sade: " Att säkra Shivs tjänster under de kommande tre åren är lysande för klubben.
"Han är en stor spelare för oss över alla tre format och någon vi kan bygga vårt team runt.
"Han arbetade extremt hårt under vintern och han har skördat belöningarna den här säsongen.
"Han har varit lysande och han kommer bara att bli bättre och bättre."
Kapten Billy Godleman och allrounder Shiv Thakor har tecknat nya kontrakt i Derbyshire.