Album Escapology dan Intensive Care
Di tahun 2002, Williams tanda-tangani kontrak pemecahan rekor £ 80 juta dengan EMI. [46] Kontrak itu meliputi beberapa ketetapan, termasuk juga merek menyerahkan kontrol kreatif yang semakin besar pada aktris serta loyalitas untuk merusak Williams ke pasar AS. Selama ini itu ialah persetujuan musik paling besar dalam riwayat Inggris. Persetujuan itu ditengahi oleh Ingenious Media, satu usaha penasihat keuangan perusahaan Inggris. Williams mulai kerjakan apakah yang bisa menjadi album studio kelimanya, habiskan setahun di studio rekaman. Album ini mengidentifikasi masa baru buat Williams. Ia sudah ambil peranan yang semakin aktif dalam pengerjaan album ini. "One Fine Day", "Nan's Song", serta "Come Undone" ialah lagu pertama yang dicatat Williams tanpa ada input dari Guy Chambers. Sejumlah besar lagu direkam di Los Angeles.
Single pertama album, "Feel", dicatat oleh Williams and Chambers, direkam untuk demonstrasi. Saat mereka mulai kerjakan album serta coba merekam lagi vokal, Williams berasa tidak senang dengan itu, jadi ia putuskan untuk masukkan versus demonstrasi dan meluncurkannya untuk single pertama. Saat single ini dikeluarkan di akhir tahun 2002, dia jadi hit internasional Williams paling besar, jadi nomor satu di Belanda serta Italia, dan capai sepuluh besar di beberapa negara Eropa. [47] Saat album studio Williams yang ke-5, Escapology, dikeluarkan di akhir tahun 2002, album ini capai nomor satu di minimal 10 negara di penjuru dunia. Di Amerika Serikat, bagaimana juga, itu tidak berhasil membuat efek semacam itu. Escapology terjual nyaris 2 juta kopi di akhir tahun 2003 di Inggris. [48] Pada tanggal 1-3 Agustus 2003, Williams mainkan tiga konser beruntun di Knebworth pada 125.000 orang tiap malam, membuatnya acara paling besar dalam riwayat musik Inggris. [5] Atraksi yang mengagumkan termasuk juga "Come Undone" dimana dia menyela dengan "Inggris, I'm Your Son", serta setelah itu berhubungan dengan beberapa pemirsa saat dia bawa seorang gadis di atas panggung. [49] Pada Oktober 2003, Williams meluncurkan album konser, Live at Knebworth. [50]
Pada bulan Oktober 2004, Williams meluncurkan, Greatest Hits, satu retrospektif dari kariernya, dan, untuk mengutarakan lagu-lagu baru yang sudah dia lakukan dengan kolaborator baru waktu itu, Stephen Duffy. "Radio", single pertama gabungan, kiprah di nomor satu di UK Singles Chart [33] (jadi hit Williams ke enam nomor satu). Saat gabungan ini selanjutnya dikeluarkan, kiprahnya di nomor satu di Inggris [33] serta adalah album terlaris tahun ini di Inggris [51] serta Eropa. [52] Delapan tahun sesudah launching "Angels", publik Inggris memilihnya untuk "Single Paling baik dari Dua Puluh Lima Tahun Paling akhir" di Brit Awards 2005. [53]
Sesudah berkeliling-keliling Amerika Latin di akhir 2004 untuk promo Greatest Hits, Williams mulai kerjakan album studio keenamnya. Direkam di tempat tinggalnya di Hollywood Hills, album ini dicatat bersama-sama oleh Stephen Duffy semasa 24 bulan. Album Intensive Care dikeluarkan di Berlin pada 9 Oktober. Itu jadi hit internasional. Pada November 2005, Williams bawa pulang MTV Europe Music Award untuk 'Best Male', dan juga, masuk ke The Guinness Book of World Records saat dia memberitahukan Tour Dunia untuk 2006, jual 1,6 juta ticket dalam sehari. [54] Williams mengawali Tour Dunia Tatap muka Dekatnya di Afrika Selatan pada bulan April 2006, saat dia mengakhiri turnya di Eropa. 2,5 juta orang sudah melihat atraksi itu, serta sesudah berkeliling-keliling Amerika Latin serta Australia banyaknya bertambah jadi 3 juta.
