২০০২ সালে ডিক্যাপ্রিও টম হ্যাঙ্কসের সাথে স্টিভেন স্পিলবার্গ পরিচালিত ক্রাইম-ড্রামা চলচ্চিত্র ক্যাচ মি ইফ ইউ ক্যান এবং মার্টিন স্কোরসেজি পরিচালিত ঐতিহাসিক ড্রামা গ্যাংস অফ নিউ ইয়র্ক-এ অভিনয় করেন। ২০০৪ সালে তিনি নিজের প্রযোজনা সংস্থা অ্যাপিয়েন ওয়ে প্রডাকশনস চালু করেন। তার পরবর্তী দুই চলচ্চিত্র হল স্কোরসেজি পরিচালিত হাওয়ার্ড হিউজের জীবনীভিত্তিক দ্য অ্যাভিয়েটর (২০০৪) এবং অপরাধ-নাট্যধর্মী দ্য ডিপার্টেড (২০০৬)। তার হাউয়ার্ড হিউজ চরিত্রের জন্য তিনি শ্রেষ্ঠ অভিনেতার জন্য গোল্ডেন গ্লোব পুরস্কার - মোশন পিকচার ড্রামা লাভ করেন এবং প্রথমবারের মত শ্রেষ্ঠ অভিনেতার জন্য একাডেমি পুরস্কার-এর মনোনয়ন লাভ করেন।