En début de saison, Dallas échange leur pivot Raef LaFrentz à Boston pour Antoine Walker, Nelson décide alors de faire jouer Nowitzki dans un poste de pivot. Pour faire face à son rôle plus physique, Nowitzki peaufine un programme d'entraînement avec une prise de masse musculaire au cours de l’été, sacrifiant une partie de son agilité, et met l’accent sur la défense plutôt que le scoring. Les moyennes de Nowitzki ont chuté pour la première fois de sa carrière, tombant à 21,8 points, 8,7 rebonds et 2,7 passes décisives par match, mais il menait toujours les Mavericks dans les catégories statistiques de points, rebonds, interceptions (1,2 par match) et contres (1,3 par match). Ces chiffres lui ont valu des nominations pour le All-Star Game 2004 et la All-NBA Third Team. Compilant un bilan de 52-30, les Mavericks ont rencontré, une nouvelle fois, leurs rivaux familiers des Kings de Sacramento dans les playoffs, mais ont été éliminés en cinq matchs.