2001年、監督の野村は当時チーム内にいた俊足選手7人を「F1セブン」と命名し、赤星をその「1号車」に指名した。以下は藤本敦士（2号車）、沖原佳典（3号車）、上坂太一郎（4号車）、平下晃司（5号車）、松田匡司（6号車）、高波文一（7号車）であった。野村はまた、赤星が入団前に腰部のヘルニアを患った影響から調整が遅れていたにもかかわらず、一軍のキャンプに参加させた。前述のように赤星は非力で、2001年春のキャンプにおいても打球が内野の頭を越えないレベルであった（後に濱中治は「あの赤星さんがプロで活躍できるなんて、失礼ながら全く思いませんでした」と語っている）。野村は赤星に「出塁率を上げろ。三遊間に転がせ。内角も逃げるな」「打球が飛ぶというのは天性のもので、努力してもなかなか身につくものではないが、確率を上げることは練習で何とかなる」とアドバイスし、「自分の教えたようにやれば使える」と励ました。打撃練習においては藤本敦士とともに、「ゴム製のバンドを両ひじに巻いてゴロだけを打つ」ことを課せられた。赤星曰くこの練習により、右脇が開いてアッパースイング気味になる問題点が解消されていった。試合中、ベンチの中では野村の近くに座り、野村の発する言葉から「プロ野球のイロハを勉強させてもらった」という。赤星は「早い段階で、やみくもに努力するだけでは結果が出ない、考えてこそ結果に結びつくということを学べたのは大きかった」と振り返っている。走塁面の技術に関しては相当自信があり、クイックをきっちりやる投手が当時は少なかったことから「正直、プロでもこんなもんかと思った」という。赤星は1年目のシーズンを開幕一軍で迎えた。3月31日の対読売ジャイアンツ戦でセーフティーバントによるプロ初安打を記録。この安打について赤星は、相手投手が左投げの岡島秀樹で「簡単に凡退すれば、次に左ピッチャーと対戦する時に代打を送られる可能性が高くなる」場面であったことから、「たまたま一発で決まってラッキーな面もあった」と振り返っている。4月3日の対広島東洋カープ戦でプロ初盗塁を決めた。赤星はこの盗塁について、プロ生活における通算381個の盗塁の中で最も印象に残っていると振り返っている。5月にはレギュラーの座を獲得し、2番打者に定着して活躍。新人歴代4位となる39盗塁を記録し、阪神の選手としては1956年の吉田義男以来45年ぶり、阪神入団1年目の選手としては1944年の呉昌征以来となる盗塁王に輝き新人王も受賞。盗塁王と新人王のダブル受賞は史上初のことであった。さらにゴールデングラブ賞も受賞した。野村は赤星について、「よく練習していて、使おうという気にさせる選手だった」と評している。シーズンオフに入り、球団側から背番号53を若い番号へ変更することを打診される。一般的に新人選手は若い番号を与えられるほど期待されているといわれ、さらに53は「ゴミ」「誤算」に通じることから赤星自身も「入団当時は嫌で仕方がなかった」が、1年目からよい成績を残せたことで「『53』という数字は縁起のよい番号となり、愛着もわいた」「これを機に…『53』を自分の色に染めてやろう」と思うようになっていたことから変更を拒否した。2006年のシーズンオフにも片岡篤史がつけていた「8」への変更を打診されたが、拒否した。2002年、阪神の監督は野村から星野仙一に交替した。4月18日の対中日ドラゴンズ戦において自打球が右足に当たり、「足の速さをできるだけ活かそう」という思いからレガースをつけていなかったために右脛骨を骨折。3か月以上欠場し前半戦をほぼ棒に振り、復帰後はスランプに陥りながらも78試合に出場し26盗塁を記録。2年連続で盗塁王を獲得した。2003年は前年のオフに広島から金本知憲がFA権を行使して阪神に移籍し、春季キャンプ中に星野は事あるごとに金本・桧山進次郎・濱中治の名を挙げ、「赤星は代走要員」とコメント。キャンプにおいて赤星は必死に存在をアピールした。しかし、実際には星野の構想の中で赤星の中堅手レギュラーは確定しており、この発言の意図は「赤星はガンガン言って、向かってこさせて伸びるタイプだから、あえてそういう発言をした」というものであった。シーズン中は2番打者として活躍。2番赤星が出塁し、3番の金本が打席に立つ状況が、互いの苗字から一文字をとって「金星ライン（ビーナスライン）」と呼ばれていた。9月15日に行なわれた対広島戦で、鶴田泰から右翼越えサヨナラ安打を放ってマジック1とし、同日夜にマジック対象のヤクルトが負けた事で阪神の18年ぶりの優勝が決定した。赤星はこのサヨナラヒットを、9年間の選手生活の中で最も印象に残る場面のひとつとして挙げている。前年秋から一軍チーフ打撃コーチの田淵幸一とともに打撃向上に取り組んだことが功を奏し、3年目にして初めて3割を超える打率を記録した。赤星は2年間の経験から「パワーのない自分が人と同じ打ち方をして、打てるわけがない。逆に考えれば、人と違うことをすれば何とかなるのではないか」と思い、「バットを『振る』という意識から『ぶつける』という意識に変える」ことにし、「なるべく体の近くまでボールを呼び込んで、体全体の力をインパクトの瞬間にぶつける」ことを心がけた。赤星によるとこの年に「内角の厳しいコースに来たボールは体の回転をうまく使って処理をする」「ギリギリまでボールを見ることで、厳しいコースをカットして粘ることもできるし、フォアボールも増えて出塁率も上がる」打法を身につけ、「技術的にどうやったらヒットを打てるのかというコツみたいなものを身につけることができ」、「調子が悪くても何とかできる方法」を習得した。田淵は赤星を「われわれが目指した『つなぎの野球』は彼なしでは考えられなかった」と評している。盗塁数は球団記録を更新する61で、背番号と同じ数の盗塁をするという目標を初めて達成し、3年連続となる盗塁王を獲得した。赤星によると、この年の盗塁記録は3番の金本知憲が赤星が盗塁しやすいよう配慮した打撃をしたことに助けられて達成した部分が大きいという。さらに守備率10割の日本タイ記録を樹立し、2年ぶりのゴールデングラブ賞も受賞した。7月にはオールスターゲームに初出場を果たしている。福岡ダイエーホークスと対戦した日本シリーズ第1戦でフリオ・ズレータが打ったサヨナラ安打にダイビングキャッチを試み、左ひじを負傷（左ひじ内側側副靱帯損傷。全治1か月）。この時赤星はアテネオリンピックアジア予選の日本代表メンバーに選出されていたが、ケガを理由に出場を辞退した。なお赤星は、ダイビングキャッチを試みた際に「首を支点に頭から一回転」したことが後に頸部の椎間板ヘルニアを発症する原因になった可能性があると述べている。2004年、阪神の監督は星野から岡田彰布に交替した。4月15日の対広島戦で顔面に死球を受けた影響でボールに対する恐怖心が芽生え、それを克服しようと「絶対に逃げてはいけない。ピッチャーに対して踏み込んでいこう」と考えたのが裏目に出て打撃フォームに狂いが生じ、シーズン前半は打撃不振に陥った。打撃不振の影響は走塁面にも及び、出塁機会が少ないことから焦りが生じ、「いいスタートを切らなければと…考えすぎて逆にいいスタートが切れなくなったり、早くスタートを切ろうと思いすぎて、けん制でアウトになったりと、悪循環に陥ってしまった時期があった」。赤星曰く打撃不振から抜け出すきっかけとなったのは7月17日の対広島戦で、第1打席で内角球をヒットにしたことで恐怖感を断ち切ることができたという。それによって走塁面の不振も克服し、シーズン後半の50試合で41、シーズン通算では自己最多記録となる64の盗塁を記録した。日米野球でも7つの盗塁を決め、デイヴィッド・オルティズは赤星を「スーツケースに入れて連れて帰りたい」と称賛した。さらに2年連続で3割を超える打率を記録した。2005年、4月21日の対巨人戦で通算200盗塁を達成。同月には月間MVPにも選出された。赤星は自己最多の盗塁を決めながらチーム順位は4位に終わった前年のシーズンを「自分の盗塁が得点につながっていない。チームの勝ちにつながっていない」と感じ、得点にこだわるという目標を立てており、4月には「自分の思ったとおりの結果が出た」と振り返っている。6月12日、北海道日本ハムファイターズとの交流戦において、通算3本目、甲子園球場での初本塁打を記録。以後、引退までに本塁打を記録することはなく、結果的に最初で最後の本拠地本塁打となった。6月15日の西武ライオンズとの交流戦において盗塁を試みた際に相手選手と衝突、左肋骨3本を折る重傷を負う。しかし翌日の試合を欠場したものの長期欠場はしなかった。赤星曰くベンチに座っているのも辛いほどの痛みに苦しんだが、気合で克服した。7月にはオールスターに2度目の出場を果たした。10月1日の東京ヤクルトスワローズ戦では通算250盗塁も達成するとともに福本豊以来2人目となる3年連続60盗塁を達成。リーグ史上初の5年連続盗塁王も獲得した。さらに当時のシーズン最多打席（689打席）、イチローを抜く年間単打165のプロ野球新記録も樹立したが、同年阪神の全試合終了後に首位打者の青木宣親が169まで記録を更新した。この年のシーズンで阪神はリーグ優勝を果たしたが、千葉ロッテマリーンズと対戦した日本シリーズでは4連敗を喫した。赤星は「今度こそ日本一になるぞ」という思いで臨んだにもかかわらず「完全な力負け」で4連敗を喫したことについて、「野球人生最大の屈辱」と振り返っている。この年、赤星は「野球を通じて人間的に成長することができたという実感を次の世代に伝えたい」という思いから、中学生を対象とした野球チーム「レッドスター・ベースボールクラブ」を設立した。背景には、社会人の野球チームが次々と廃止され、子供が野球をする場所が減少しているという状況の中、2004年に1リーグ制導入を巡るストライキが起こったことで「プロ野球のチームでも簡単になくなってしまうことがある」ことに危機感を持ち、「ユースチームが組織されているJリーグのようにプロ野球の土台となるべき部分を構築したい」という動機もあった。赤星によると指導にあたることで「子供に教えたことは自分もしっかり実行しなければならない」という意識が芽生え、さらに「自分ならどうするか」といったことに考えを巡らせ、結果的に自身の野球に対する考えが深まる効果が生まれたという。2006年から今岡誠に代わって阪神の選手会長を務めることになった。7月には2年連続でオールスターに出場した。一方盗塁数は35を記録したが、6年連続での盗塁王獲得はならなかった。赤星によるとこの年から盗塁に対する他球団の対策が強化され、「2005年までは、スタートを切った瞬間に、これはセーフだと思っていたタイミングが、2006年になるとアウトのタイミングに変わってきた」。この年のシーズンを境に赤星は実際に盗塁を試みるよりも自分自身に対する警戒感を利用して相手投手にプレッシャーをかけ、打者に集中することを妨げることを重視するようになったという。打撃面では打率、出塁率共に骨折した2002年に次いで低い数字に終わり、規定打席到達者の中で本塁打、打点、長打率がリーグワーストを記録した。赤星は「どこもおかしなところがないのに、結果が出ない。なぜ打てないかがわからないから対処のし様がなかった」と振り返っている。6月8日の日本ハム戦で守備中にフェンスに激突、右足首をねん挫し3試合欠場した。この年のシーズンについて赤星は、「それまで平均点以上の活躍を続けていた自分が初めてどん底を経験した」と振り返り、「プロの世界で生きていくことのプレッシャーを実感した」と述べている。赤星曰く、ある時は4日間眠れずに試合に出たこともあり、不振にあえぐ中でファンの声や報道が気になってそれらに接しては傷つくということを繰り返していたが、ある時「世間の評価をいちいち気にしていてもしょうがない」と考えるようになった。その結果、翌2007年のシーズンではファンやマスコミの声をあまり気にしなくなったという。2007年は、鳥谷敬と打順が入れ替わり主に2番として出場。シーズン開幕直後、左首から左腕にかけて痺れや痛みを感じるようになった。赤星によると2006年のシーズン中から頸部に違和感を覚えていたという。病院で診察を受けたところ、頸椎椎間板ヘルニアと診断された。これ以降、赤星は首の痛みや手の痺れが原因で「5時間以上の睡眠を取れた記憶がない」ほどの慢性的な睡眠不足に悩まされることになる。それでも赤星は出場を続けたが、5月4日の対広島戦でダイビングキャッチを試みた際に首を強打し、椎間板ヘルニアが悪化。「頸椎椎間板中心性ヘルニアによる脊髄損傷」の診断を受け、医師の勧めにより3週間欠場した。診察において赤星は医師から「次に同じことが起こった場合、今よりもひどい状態になる可能性が高い」「あなた、人に車椅子を贈っている（#人物を参照）けれど、このままだと自分が車椅子で生活しなければならないようになる」と宣告を受けた。さらに先天的に脊柱管が狭い（頸部脊柱管狭窄症）ため、脊髄が衝撃によるダメージを受けやすい状態にあるとも指摘された。赤星は医師からダイビングキャッチやヘッドスライディングなど頸部に負担がかかる行為をしないよう忠告され、球団との間で以後「頸椎椎間板中心性ヘルニアによる脊髄損傷」に起因する事故が起こった場合は自己責任である旨を約束することになった。赤星は後に、球団側がこの時、再び赤星が同様の負傷をした場合には引退を勧告すると決めていたと知らされることになる。当時赤星は「今年で野球が終わってもいい」という心境で復帰したものの、「どうせ大げさに言っているのだろう」とも考えていた。しかし実際には首の状態は成績に大きな影響を与えた。リードを大きくとった状態で牽制球を投げられ、首を後ろに大きく反らせる形で帰塁すると痺れを感じることがあったが、それを避けるためにリードを小さくすると盗塁ができなくなった。8月22日以降の32試合の盗塁数はゼロである。赤星は「こんなに長い間走っていないのは、後にも先にもこの時だけだ。それほど体の状態はよくなかったということだろう」と振り返っている。7月25日の対中日戦で通算300盗塁を、9月14日の対中日戦で球団最速記録となる7年目での通算1,000本安打を達成。2年ぶりの打率3割を記録した。9月23日の対ヤクルト戦で左腰に死球を受け、腰椎を骨折（第2腰椎左横突起骨折）し、3試合欠場した。「頸椎椎間板中心性ヘルニアによる脊髄損傷」との診断を受けた際、赤星は医師から「筋肉の鎧で首を守れば、ヘルニアの症状も緩和されるし、衝撃を受けた際にも脊髄への直接的なダメージを少しは防いでくれるだろう」とアドバイスを受けた。それを踏まえこのシーズンオフは首の強化に取り組み、医師から「アメリカンフットボールの選手みたいだ」と言われるほどに筋肉をつけることに成功した。2008年は開幕から1番打者として活躍。試合途中から出場するなど球団側が首の状態に配慮した起用をしたことから、全試合出場を果たしながらもシーズンを通して体調は良かった。9月22日に2,089打席無本塁打のプロ野球新記録を樹立。走塁面では10月12日に吉田義男の持つ球団記録に並ぶ通算350盗塁を記録した（日本プロ野球歴代15位、当時の現役選手では石井琢朗に次ぐ2位）。シーズンを通した盗塁数は41で福地寿樹に1つ届かずリーグ2位であった。打撃面では自己最高となる打率.317, リーグ最多の94得点を記録した。ちなみに本塁打は出ず、3年連続で規定打席に到達かつ本塁打0（東出輝裕とともにプロ野球新記録）を記録した。規定打席に達しての本塁打0を4度（2004・2006・2007・2008年）記録したのは久慈照嘉に続いて史上2人目であった。チームは7月下旬に優勝マジック46が点灯したものの8月以降低迷し、優勝を逃した。赤星はこの年のシーズンについて、「優勝と盗塁王を逃したショックは言葉では言い表せないほど大きかった」一方、2005年以来こだわってきた得点でリーグ最多を記録したことには「満足のいくシーズンだった」と振り返っている。2009年は年初から調子が悪く、肩の痛みや腰部のヘルニアに苦しみ、オープン戦には肩と腰に痛み止めの注射を打って出場した。4月10日の試合後に腰の状態が悪化し、自ら登録抹消を申し出た。復帰後体調の悪化は全身におよび、腰のほか両膝と肩にも痛み止めの注射を打って出場した。4月4日、開幕2試合目の対ヤクルト戦で球団新記録となる通算351盗塁を達成。5月13日、出場登録日数が8年となり、FA権を取得した。8月2日の対巨人戦（阪神甲子園球場）で本塁への突入時に阿部慎之助捕手と接触し、左足を負傷（左下腿筋挫傷）。10日間欠場した。9月12日、甲子園球場で行われた対横浜ベイスターズ戦で内川聖一が打った右中間への飛球にダイビングキャッチを試み、頸椎椎間板ヘルニアが悪化すると同時に中心性脊髄損傷を負った。負傷直後は手足が動かなくなったほどの重症で、赤星はトレーナーに背負われてグラウンドから退場し、救急車で西宮市内の病院へ搬送された。赤星は手足が動かないことを自覚した時、「このまま戻らないんじゃないか」と思ったという。間もなく足は動くようになったものの、腕に深刻なダメージを受けた。感覚が鈍く、思うように動かすことができず、しかも何かに触れると激痛が走る症状に襲われた。医師は赤星に対し、指が以前のように動かせなくなる後遺症が残る可能性を指摘した。赤星によると日常生活に影響はないものの、右手親指と小指の痺れはその後も残っているという。赤星は「まだ野球がやりたい。来年もプレーする」という思いを抱きつつ、痛みに耐えながら手足の指を一本ずつ動かすところからリハビリを開始した。10月12日にリハビリの場所を阪神鳴尾浜球場に移した頃には60 kgあった握力が30 kgほどに戻っており、赤星は翌11月からユニフォームを着てリハビリを行う予定を立てた。しかし10月31日に球団側は引退を勧告。この時赤星は「引退しなさい。クビです。」という、引退通告のニュアンスを感じ取ったという。赤星には「いくらなんでも1か月で結論を出すのは早すぎるだろう」という思いがあり「1年は様子を見てほしい」と猶予を求めた。赤星は診察した医師が現役続行は厳しいという見解を球団側に伝えていたことを知り、これを覆す見解を求めて全国の医院を巡ったがかえって症状の深刻さを知らされる羽目になり、「復帰する怖さみたいなもの」を感じるようになった。頸部を映したMRI画像を見たところ、「明らかに変形してグチャグチャ」になっていたという。11月4日には予定通りユニフォームを着てグラウンドに立ちキャッチボールなどを行ったが、8日に球団側と行った2度目の会談でも「大きなリスクを抱えた現状では契約できない」旨を通告された。11月16日、球団トレーナーの石原慎二に紹介された医師から、脊柱管を人工骨で広げ頸部脊柱管狭窄症は改善することで脊髄へのダメージを緩和できるようにすれば復帰は可能という診断を受け、そのことを球団側に伝えたが「いくら可能性があっても100%でない限り、その手術に賭けることはできない」と受け入れられなかった。この時赤星はそれまでの会談の内容から「絶対に球団の意見は変わらない」と予測していて、「やっぱりな…変わるわけがない」と感じた。赤星は球団側の姿勢について、「こちらの意見を聞いて考えようという姿勢は、僕には感じとれなかった」と述べている。赤星によると、医師から「今度やってしまったら不随の可能性がある。最悪、命の危険もある。」と言われたことが引退を決意した要因の一つになったという。赤星はプロ入り後、「シーズンは144試合ある中で、プロとして大切なことは常に70パーセントぐらいの力をコンスタントに出すこと。でも僕は、みんな70パーセントの力を出すときに、100パーセントじゃないと勝負できない」という思いで試合に臨んでいた。赤星は「危険なプレーをしなければ万が一のことは起こらない」とも考えたものの、「100%の力、100%のパフォーマンス、100%の気持ちで試合に臨めるかといったら、どこかでセーブしないといけない自分がいたり、次にやってしまったらという恐怖感を持ったまま試合に臨まないといけない」「全力プレーができない状況で野球を続けるのは無理」という心境に至った。赤星はかねてから自身の引退について、「やれることはやりきる」「やりきれなくなったときが、現役を退くタイミング」と述べていた。12月2日、赤星は球団側に引退を申し入れた。赤星によると、前述のように「あと1年ぐらい様子を見てくれてもいいんじゃないか」という思いが球団に対してあり、自由契約となる選択肢も頭にあったが、最終的には阪神で野球人生を終えるという気持ちを全うさせることを選んだという。同月9日に西宮市内で記者会見を開き、引退を発表。会見において赤星は「ケガさえなければ来年もレギュラーでやっていく自信はあった。まだまだ若い選手に負けない気持ちもある。まだまだできるという気持ちもあった」「完全燃焼した気持ちはない」と述べた。赤星は負傷を招いたプレーについて、「今でも夢に出てくる」としつつ、「飛び込んだことに後悔はありません。野球選手の本能としてやったことなので。それよりも、もう少し寄っておけば捕れたのに…と考えてしまう」と振り返った。赤星は「あの最後のプレーで、自分が本当に野球人だと思えた」とも述べている。赤星は9年間のプロ生活について、「野球のために人生を全部使ってきたし、いろいろなことを犠牲にしてきた。人生のすべて」と振り返っている。生涯通算.295の打率については、「予定外でした。プロでこんなに打てるとは思ってなかった」「自分の中では誇れる数字」と述べている。会見には絶対に泣かないという決意で望み、3度涙をこらえたという。会見終了後、阪神甲子園球場のセンター付近で車椅子の贈呈式を行った。赤星自身の意向により、引退試合は行われなかった。