לאחר שהתמקדה בתחילתה במוזיקת דאנס אלקטרונית, החלה גאגא לשלב בשיריה מנגינות פופ וסגנון רוק של זמרים כמו דייוויד בואי ולהקת קווין. בזמן שהיא וסטארלייט המשיכו בהופעותיהן, המפיק פוסארי המשיך בפיתוח השירים שיצר איתה ושלח אותם למפיק ומנהל התקליטים וינסנט הרברט. בנובמבר 2007, החתים הרברט את גאגא בחברת התקליטים שלו סטיירמליין רקורדס. לאחר ששימשה ככותבת שירים בתקופת ההתמחות שלה בהוצאות המוזיקה, חתמה על עסקת פרסום עם חברת סוני. כתוצאה מכך, היא החלה לכתוב שירים לזמרים מפורסמים בהם בריטני ספירס, פרגי, ניו קידס און דה בלוק, הפוסיקט דולז, ועוד. הזמר האמריקאי אקון שגם היה חתום בחברת התקליטים התרשם מיכולות השירה שלה כאשר שמע אותה כזמרת ליוי. הוא ניסה לשכנע את ג'ימי איובין שהיה יושב הראש והמנכ"ל של חברת התקליטים אינטרסקופ רקורדס ליצור חוזה משותף בכך שגאגא תחתום עם התווית של החברה ובכך תהפוך ל"שחקן הראשי" שלו. בסוף שנת 2007 נפגשה גאגא עם כותב השירים והמפיק רדוואן ושיתפה איתו פעולה באולפן ההקלטות במשך שבוע לכתיבת אלבום הבכורה שלה, וחתמה בחברה "Cherrytree Records" שהקים המפיק והיוצר מרטין קיזרבאום שאיתו גם כתבה ארבעה שירים. למרות הבטחת חוזה התקליטים, היא סיפרה שמספר תחנות רדיו הביעו ביקורות שליליות כלפי המוזיקה שלה, והשיבה להם בכך שאמרה "שמי ליידי גאגא הייתי בזירת המוזיקה במשך שנים, ואני אומרת לכם, זה הדבר הבא".
2008–2010: פריצה, The Fame Monster ו-The Fame.
בשנת 2008, גאגא עברה להתגורר בלוס אנג'לס כדי לעבוד עם חברת התקליטים שלה על אלבום הבכורה שלה ובנוסף הקימה צוות מעצבי אופנה משלה, "Haus of Gaga". ב-19 באוגוסט 2008 יצא האלבום "The Fame" בו הציגה אובססיה מובהקת לחיי העושר והפרסום של הוליווד שהגיע למקומות הראשונים באוסטריה, קנדה, גרמניה, אירלנד, שווייץ והממלכה המאוחדת לצד החמישייה הראשונה במצעדי אוסטרליה וארצות הברית. במצעד הבילבורד 200, הוכתר במיקום ה-12 ברשימת האלבומים הגדולים של כל הזמנים. שני הסינגלים הראשונים שלו, "Just Dance" ו-"Poker Face" הגיעו לפסגות המצעדים של אוסטרליה, קנדה, הממלכה המאוחדת, אירלנד, וארצות הברית במצעד הבילבורד הוט 100. "Poker Face" הוכתר כסינגל הנמכר ביותר של שנת 2009 בעולם לאחר שמכר כ-9.8 מיליון עותקים והגיע לתואר יהלום לאחר שמכר מעל ל-10 מיליון עותקים בארצות הברית בשנת 2018. הסינגלים "Eh, Eh (Nothing Else I Can Say)", "LoveGame", "Paparazzi" יצאו לאור מאוחר יותר. גרסאות רמיקס של השירים מהאלבום הוספו במיני-אלבום השני של גאגא, "Hitmixes" באוגוסט 2009. בטקס פרסי גראמי ה-52, זכה אלבום הבכורה ו-"Poker Face" בפרס בקטגוריות אלבום הדאנס הטוב ביותר והקלטת הדאנס הטובה ביותר.
בשנת 2009 החלה גאגא בחימום המופעים של סבב ההופעות השני של להקת הבנות הפוסיקט דולז "Doll Domination Tour" באירופה ואוסטרליה. לאחר מכן, יצאה לסיבוב ההופעות הראשון שלה לקידום אלבום הבכורה, "The Fame Ball Tour" שנמשך מחודש מרץ עד ספטמבר 2009. במהלכו, הופיעה בישראל בחודש אוגוסט בגני התערוכה בתל אביב. בעודה מופיעה ברחבי העולם, כתבה גאגא כ-8 שירים חדשים אותם הוציאה במיני-אלבום השלישי שלה, "The Fame Monster" ב-18 בנובמבר 2009. הסינגל המוביל מתוכו, "Bad Romance" יצא כחודש לפני כן, וזכה להצלחה בינלאומית כאשר צעד במקום הראשון במעל ל-26 מצעדי מדינות והפך לקליפ הנצפה ביותר ביוטיוב באפריל 2010, הוא הושמע בשבוע אחד באמריקה כ-10,859 פעמים ושבר שיא שלא היה כמותו 17 שנים, הוא נכלל כאחד מתוך הסינגלים הנמכרים בכל הזמנים ובארצות הברית הפך לסינגל השני של גאגא עם תואר יהלום. באותה שנה השתתפה בגרסת רמיקס יחד עם הזמרת ביונסה לשירה "Video Phone". הסינגל השני מהאלבום, "Telephone" בו מתארחת ביונסה הפך לשירה ה-4 של גאגא בראש מצעד הסינגלים הבריטי ונכנס גם הוא לרשימת הסינגלים הנמכרים בכל הזמנים. הקליפ לשיר מכיל קטעים פרובוקטיביים רבים, דבר שגרם למהומה ברחבי העולם. העירום והגסות שהציג הובילו לסגירה חלקית שלו ביוטיוב כאשר רק מי שמלאו לו 18 שנה רשאי לצפות בו. מאוחר יותר הוכתר בשיא גינס. "Alejandro" יצא ב-20 באפריל 2010 כסינגל השלישי. הקליפ שלו זכה לגינויים מצד ליגת הנצרות הקתולית בארצות הברית שטענה כי גאגא מחללת את הדת.
באפריל 2010 הפכה לאדם הראשון שצבר כחצי מיליארד צפיות במצטבר בעמוד היוטיוב שלה. בטקס פרסי הווידאו קליפים של MTV לשנת 2010, זכתה בכ-8 פרסים מתוך 13 מועמדויות כולל קטגוריית וידאו השנה, בכך שברה שיא חדש לאחר שהפכה לאדם המועמד ביותר בטקס אחד בהיסטוריית הפרס ולזמרת הראשונה שמועמדת עם 2 שירים שונים לפרס וידאו השנה בערב אחד. בטקס פרסי גראמי ה-53 זכה "The Fame Monster" בפרס אלבום הפופ הטוב ביותר לצד "Bad Romance" בקטגוריות הווידאו קליפ הטוב ביותר ושיר הפופ הטובה ביותר. הסינגל האחרון מהאלבום, "Dance in the Dark" יצא ב-26 ביולי 2010. בסיומו של מסע ההופעות הראשון שלה, גאגא תכננה לצאת למסע משותף יחד עם הראפר האמריקאי קניה וסט בשם "" ב-10 בנובמבר 2009, אך לאחר תקריתו בטקס פרסי הווידאו קליפים של MTV עם הזמרת טיילור סוויפט, הסבב בוטל ללא הודעה רשמית.
בשנת 2009 גאגא קבעה שיא חדש בכך שהחזיקה כ-150 שבועות במצעד הסינגלים הבריטי והפכה לאמנית עם מספר ההורדות הדיגיטליות הגבוה ביותר בארצות הברית בשנה אחת עם כ-11.1 מיליון הורדות שמכרה, שיא זה נרשם בספר השיאים של גינס. נכון לשנת 2019, "The Fame" בשילוב עם "The Fame Monster" מכרו כ-15 מיליון עותקים בעולם. בנובמבר 2009 יצאה גאגא לסיבוב ההופעות השני שלה בשם, "The Monster Ball Tour" שכלל כ-203 הופעות. באותה תקופה הוציאה את אלבום הרמיקסים הראשון שלה, "The Remix" שהגיע למקום הראשון ביוון ורוסיה ומוכתר נכון לאוגוסט 2019 במקום החמישי ברשימת אלבומי הרמיקסים הנמכרים בכל הזמנים. סבב ההופעות נמשך עד חודש מאי 2011 והרוויח כ-227.4 מיליון דולר מתוך 2.5 מיליון כרטיסים, בכך הוכתר כסבב ההופעות המרוויח ביותר של אמן בכורה. בטקס פרסי המוזיקה הבריטית בשנת 2010, גאגא הופיעה כמחווה להתאבדותו של מעצב האופנה אלכסנדר מקווין. לפני מותו של הזמר מייקל ג'קסון, גאגא הייתה אמורה להשתתף בסבב ההופעות הקבוע שלו, "This Is It" בהיכל הספורט O2 ארנה בלונדון. באותה תקופה, גאגא השתתפה במספר עסקאות בהם, שיתוף פעולה עם חברת המוצרים האלקטרונים "Monster Cable Products" ליצירת אוזניות בהשראתה, ושיתוף פעולה עם החברה פולרויד בינואר 2010 שבה הפכה למפיקה של מוצרי צילום תמונות בשם, "Gray Label". שיתוף פעולתה עם בן זוגה לשעבר והמפיק רוב פוסארי הוביל לתביעה כנגד צוות ההפקה שלה, "Mermaid Music LLC". גאגא הובחנה באותו זמן כחולת זאבת אך אמרה כי היא לא סובלת מתסמינים ושומרת על אורח חיים בריא.
2010–2015: Cheek to Cheek, Artpop, Born This Way.
בפברואר 2011, הוצא לאור הסינגל הראשון מאלבום האולפן השני של גאגא, "Born This Way". השיר קיבל הצלחה עולמית, ונמכר ביותר ממיליון עותקים תוך חמישה ימים, בכך הוכתר בשיא גינס בקטגוריית השיר הנמכר ביותר בפרק הזמן הקצר ביותר בהיסטוריית אייטונס. במצעד הבילבורד הוט 100, הופיע היישר במקום הראשון לצד כ-25 מצעדי מדינות בנוסף. נכון לשנת 2012, מכר מעל ל-14 מיליון עותקים ונכלל ברשימת השירים הנמכרים בכל הזמנים. חודשיים לאחר מכן, יצא הסינגל השני "Judas", ביציאתו זכה לביקורות חריפות מצד קהילות נוצריות שגינו אותו וקראו להחרים אותו, במצעדים צעד בעשרת המובילים במדינות רבות כולל ארצות הברית. "The Edge of Glory" יצא כסינגל השלישי בחודש מאי. בניגוד לעבודתה של גאגא, הקליפ לשיר הציג אותה בנקודת מבט פשוטה יותר, כאשר היא רוקדת ומתהלכת ברחוב ללא רקדני גיבוי וכוראוגרפיה מורכבת. במצעד הבילבורד הוט 100 הגיע בשיאו למקום השלישי.
האלבום, "Born This Way" יצא ב-23 במאי 2011. בשבועו הראשון, מכר כ-1.1 מיליון עותקים בארצות הברית ונכנס לראש מצעד הבילבורד 200 כמו כן במצעדי אוסטרליה, ארגנטינה, קנדה, רוסיה, יפן ועוד. ברחבי העולם מכר כ-8 מיליון עותקים והועמד ל-3 קטגוריות של פרס גראמי, בהן המועמדות השלישית ברצף של גאגא לאלבום השנה. מגזין רולינג סטון הכליל את האלבום ברשימת 500 האלבומים הגדולים בכל הזמנים בשנת 2020. בצילומי הקליפ של הסינגל הרביעי, "You And I" גאגא הכירה את השחקן האמריקאי טיילור קיני והחלה עימו במערכת יחסים בחודש יולי. באפריל 2012 יצאה לסיבוב ההופעות השלישי שלה, "Born This Way Ball". הסבב הסתיים כחודש מוקדם מהצפוי לאחר ביטולה של גאגא מאחר שנפצעה בירכה הימנית ועברה ניתוח באותה תקופה, ביטולי המופע נאמדו בכ-25 מיליון דולר ובסיומו גרף כ-183.9 מיליון דולר.