12 липня 2000 Хеленіус підписав контракт як вільний агент з «Даллас Старс‎‎», де він отримав постійне місце в основному складі команди НХЛ. 10 березня 2003 року Самі обміняли в сьомому раунді Драфта НХЛ на Лайла Оделайна‎ в «Чикаго Блекгокс‎». В команді з Іллінойсу, він виступав до кінця сезону 2002/03. В наступному сезоні, він повернувся до Фінляндії до клубу Йокеріт, де він був капітаном команди. Наступні шість років Самі Хеленіус виступає у клубі «Ільвес», а також двох інших клубах «Йокеріт» і «Пеліканс» (Лагті). З сезону 2010/11 стає граючим тренером в ХК «Кескі Уусімаа» з другого дивизіону чемпіонату Фінляндії з хокею із шайбою.