Zespół oficjalnie zadebiutował w 2000 płytą Hybrid Theory. Phoenix nie udzielał się na tej płycie, choć napisał do niej parę tekstów, zastąpił go wtedy Scott Koziol, który już na żadnej innej płycie się nie udzielał. Wiadomo, tylko że Phoenix w tym czasie studiował i nie miał czasu na grę. Producentem płyty był wówczas Don Gilmore, jednak ze względu na to, że grali cięższą muzykę niż on dotychczas wydawał i obawiali się, że niewiele może z dalszej współpracy wyniknąć, zawarli kontrakt z wytwórnią Warner Bros Records. Zawarte na Hybrid Theory piosenki zostały w wersji zremiksowanej umieszczone później (latem 2002 r.) na płycie Reanimation, co zostało uznane przez krytykę za typowy przykład "odcinania kuponów". Ich następna płyta – Meteora wydana 24 marca 2003 r. – mimo że zawierała zaledwie 36 minut materiału, została przyjęta ciepło przez fanów, jak i krytyków. Zadebiutowała ona aż w 14 krajach na pierwszych miejscach, a te kraje to: USA, Wielka Brytania, Słowenia, Japonia, Niemcy, Hiszpania, Włochy, Chile, Australia, Indonezja, Irlandia, Tajwan, Norwegia i Szwajcaria. Wydany przez nich album koncertowy w listopad 2003 – Live in Texas – mający przełamać stereotyp tej grupy jako mistrzów studia a amatorów sceny, nie jest jednoznacznie oceniany. Jedni zarzucają mu brak oryginalnych interpretacji, nieciekawe dialogi z publicznością i "komercyjność". Inni (głównie fani zespołu) zwracają uwagę na jego żywiołowość i "power". 30 listopada 2004 roku zespół wraz z Jay-Z stworzył album mash-up Collision Course, stworzony dzięki brytyjskiemu programowi Mash-up, który chcąc zacierać granice wśród różnych gatunków muzycznych remiksuje utwory bardzo różnych wykonawców. Jay-Z, zapytany o to z kim chce w programie współpracować, odpowiedział Linkin Park. I tym sposobem powstał utwór Numb/Encore, zarówno Linkin Park jak i Jay-Z byli nim tak zafascynowani, że postanowili go wydać. Początkowo miał wyjść tylko singel Numb/Encore, jednak współpraca poszła na tyle dobrze, że wydali w końcu całą płytę EP. Jay-Z do dzisiaj jest przyjacielem zespołu (np. został później producentem płyty Mike'a Shinody The Rising Tied).