Nach dem Gewinn des AJHL-Titels entschied sich Heatley ein Studium an der University of Wisconsin–Madison zu beginnen und parallel für deren Universitätsmannschaft in der Western Collegiate Hockey Association, einer Division im Spielbetrieb der National Collegiate Athletic Association, zu spielen. Auch sein Vater war für diese Universität aktiv gewesen. Gleich in seiner ersten College-Spielzeit wurde er nach 56 Punkten in 38 Partien in diverse Auswahlteams berufen und zum Rookie des Jahres der WCHA ernannt. Zudem galt er im Sommer 2000 für den NHL Entry Draft als aussichtsreicher Kandidat auf einen der vorderen Plätze. Schließlich wählten ihn die Atlanta Thrashers gleich hinter Torwart Rick DiPietro an zweiter Gesamtposition aus. Heatley verblieb jedoch noch ein weiteres Jahr an der University of Wisconsin-Madison und spielte ähnlich erfolgreich wie in seiner Rookiesaison. Damit verbunden waren erneut einige Nominierungen in die Auswahlteams der WCHA und NCAA.