2000年・2001年には、怪我の影響などで二軍生活に終始。2001年には、ウエスタン・リーグ公式戦で最終規定打席に到達しなかったものの、打率.306を記録した。2002年には、開幕から二軍の4番に座り、フレッシュオールスターゲームに出場。阪神タイガース二軍監督の岡田彰布が目玉選手に栗原の名前を挙げ、スタメン4番に据えるなど期待の高さを伺わせた。試合では無安打と結果は出なかった。8月30日に一軍初昇格。9月5日の阪神タイガース戦（広島市民球場）でスタメン出場2試合目に藤川球児からプロ入り初安打となる本塁打を打つ。この年のウエスタン成績は打率.305 6HR 6盗塁でリーグ打撃3位だった。10月に行われた第14回アジア競技大会野球日本代表では、広島からは栗原が派遣された。初の国際試合ながら6番一塁で出場し、中国戦では本塁打を打つなど活躍した。なおこの大会ではプロ各球団一名ずつ選手を出したが、後にチームメートともなる喜田剛も派遣されていた。2003年には、春季キャンプを訪れた長嶋茂雄から「将来球界を代表する打者になれる」と指導を受けた。しかしシーズンでは一軍と二軍を行ったり来たりであった。ウエスタン・リーグでは打率.315、13本塁打、53打点で、本塁打と打点の2冠に輝き、打率はリーグ2位だった。また三振も24と非常に少なく、3年連続で打率3割超えも果たした。2004年、オープン戦で読売ジャイアンツと対戦した際に、栗原が幼い頃からファンだった清原和博と対面。清原からバットをプレゼントされ、「バッティングは気合だ」という教えを受けた。この清原との対面後から栗原は自身のバッティンググローブに「気合」の文字を刺繍していた。この年は嶋重宣と共に初めて開幕スタメンに名を連ねた。序盤は打撃不振だったが、巨人戦で本塁打を連発。レギュラーの座に近づく年となった。最終的には90試合に出場し、11本の本塁打を打ち、同じ内野で右の大砲候補だった新井貴浩よりスタメン出場する事も多かった。レギュラーの座を掴むかにも見えたが、10月2日の対阪神戦、同点の9回裏2死2、3塁の場面で空振り三振の球を捕手が後ろへ逸らし、3塁走者であった嶋がホームインした際に、栗原が走っておらず一塁でアウトとなり、これで広島は勝機を逸し試合は引き分けに終わった。栗原は「ファウルだと思った」と主張したが、監督の山本浩二に悪い印象を与えてしまい、翌日登録を抹消された。残り試合は若手主体の打線で戦ったにも関わらず、試合に出られなかった。この年の12月にカープのホームランガールと結婚し翌年7月に女児が誕生、同年12月に女児を伴い妻と披露宴を挙げた。2004年には初めて地元山形県野球場での対横浜戦（横浜主催試合）で2試合ともスタメンだったが、地元の大声援が逆にプレッシャーとなり、全くいい所が無かった。そして最後の打席は当時不調で控えに甘んじていた新井を代打に出された。しかし2008年7月1日のYZ.タカスタにおける対横浜戦で本塁打を放って、チームも勝利。ようやく故郷に錦を飾ることができた。2005年には、怪我で出遅れた事もあり、調整の意味で二軍の試合に数試合出場した。その年主に一塁を守っていた野村謙二郎の2000本安打達成後に一軍昇格。7月末までの本塁打は1本であったが8月2日の対巨人戦以降、同月だけで10本の本塁打を放った。新井が本塁打王争いをするまでに活躍していたこともあり、主に野村と併用され、77試合に出場した。なお、シーズン終盤は三塁手の新井が打球を右肩に受けた影響もあってか、互いの守備位置を交換していた。2006年には、背番号を「50」から清原と同じ「5」に変更。1月、単身自費でアメリカに渡り、メジャーリーガーと共にトレーニングを行った。この年から毎年キャンプ前にはアメリカでトレーニングを行っている。体脂肪は10%から9%に減らしながら、体重を100kgにまで増やした。シーズンでは初めて数試合4番に座った他、7月の月間MVPを取るなど成績を上げた。だが8月に腰に違和感が生じ、検査したところ椎間板ヘルニアと診断された。8月23日に手術を受け、残りシーズンを棒に振った。皮肉にも7月の月間MVPを一緒に受賞した黒田博樹も戦線離脱の憂き目に遭っている。途中離脱をしたにもかかわらず、勝利打点はチームでは嶋重宣に次ぎ、また本塁打で2ラン以上の割合がリーグ1位と、勝負強い打撃で活躍した。怪我による離脱を除けば、ほぼ不動のレギュラーを手中にしている。2007年には、目標をシーズン通しての出場、50本塁打とした。前年に続きアメリカアリゾナ州で始動。嶋、吉田圭と共に自主トレを行った。怪我の間に13%に上がっていた体脂肪を9%に戻し、また1日6食療法で今回は92kgに減量した。後半戦は骨棘による肘の痛みなどもありながら全試合出場を果たし、リーグ打撃5位と好成績を収めた。シーズンで長打率.500を超えた右打者で三振が二桁台の打者はセ・リーグでは栗原だけだった。勝利打点11は前田智徳、新井の8を抜きチーム1位と、勝利に貢献した。また左右どちらの投手相手でも打率3割を超えた。オフには「FAとかポスティングとかは分からないが、メジャーに行きたいという願望はある」と、将来的なメジャー挑戦志向があることを明かした。2008年には、新井のFA移籍により、開幕から4番を任された。シーズン序盤こそヒットを打っても打点に繋げられず苦しむ時期があったが、交流戦前後から一気に調子を上げ、7月には月間打率.408を記録、勝負強い打撃でチームのクライマックスシリーズ進出争いに貢献し、最終的には100打点越えを果たした。打率（リーグ3位）、安打数（リーグ2位）、打点（リーグ4位）で自己最高を更新しチームを代表する打者となった。特に安打数は内川聖一と僅差で惜しくもタイトルを逃した。故障や不調もあったものの全試合で4番に座り、2年連続のフル出場を達成。打席数616はリーグ3位を記録した。また、三振数も68と規定打席に到達したシーズンの中で最も少なくなった。これは100打点以上を上げた12球団の選手の中で最も少ない三振数である。10月29日に新井と共に、自身初となるゴールデングラブ賞（一塁手部門）を受賞した（受賞者が2人なのは1993年投手部門の今中慎二と桑田真澄以来、15年ぶり）。オフには4年契約を結んだ他、前年からの懸念だった肘のクリーニング手術を行い、最大1.5センチの遊離軟骨を4つ除去した。2009年には、第2回ワールド・ベースボール・クラシック日本代表の最終候補に選出。手術明けの肘の状態を考慮されたため、当初は予備登録選手として扱われた。しかし、3月20日（日本時間）の韓国戦で村田修一が右足を負傷したことから、村田の代替選手として急遽代表に招集。準決勝の前日から代表チームに合流した。日本代表監督の原辰徳は栗原を呼び、「今回は外れることになったが、お前は将来日本の4番を打つ人間だ」と激励した。他の落選選手が、落選通達後すぐに代表キャンプを離れる中、栗原は最後まで残って特打ちを行っていた。この練習に対する姿勢を見ていたため、村田の負傷後即座に原は栗原の追加招集を決めた。慌しい日程の中、試合では3打数で2三振1併殺と結果を残せなかったが、優勝メンバーの一員となった。WBC優勝の勢いを買ってレギュラーシーズンに突入し、東京ドームで行われた開幕戦では二本塁打と活躍した。その後も好調を維持したものの腰痛に苦しみ、3年ぶりの先発落ちも経験。最終的に本塁打以外全ての数字を前年より下げ、特に打率は.257と大きく落ち込んだ。オフに新しく監督に就任した野村謙二郎の意向で秋季キャンプ初日に三塁手の守備練習を開始し、再び三塁へコンバートされることとなった。2010年には、開幕して暫くは三塁で先発出場するも自身のコンバートによって空いた一塁に座った新加入のジャスティン・ヒューバーの働きが低調で4月半ばから再び一塁で先発出場するようになった。しかし6月10日の千葉ロッテマリーンズ戦で大嶺祐太から右手首に死球を受けて骨折、約2ヶ月戦線を離脱しオールスターもファン投票で選出されたが辞退した。復帰後は若い岩本貴裕が好調だったことで再び三塁で先発出場する機会が増えたが、結果として三塁での出場は46試合にとどまり、失策10、守備率.906と低調な出来に終わった。打撃面では打率や出塁率は前年より改善されたが、本塁打は15本と5年ぶりに20本に届かなかった。2011年には、この年から導入された統一球の影響などで、シーズン序盤に低迷。しかしオールスター明けから調子を上げ、後半戦は打率.309、15本塁打、50打点、OPS.885を記録し、8月と9月度の月間MVPを受賞（連続受賞は広島の野手としては初）。最終的に打率.293、17本塁打、83打点、OPS.793の成績を残し、一塁手としてゴールデングラブ賞と自身初のベストナインに選出された。この年には国内FA権を取得したが行使せず、1年契約を結び残留。翌年以降に取得する見込みとなった海外FA権を行使してのメジャー移籍については「行きたいなというのは今でもあるが、行って出られるのか。家族もいるので、自分の夢だけではどうなのか」と話した。2012年には、3月10日に行われた東日本大震災復興支援ベースボールマッチに日本代表として5番一塁手として先発出場し、2打席目に本塁打を放ち、日本代表の勝利に貢献した。この年はシーズン序盤に、かねてから故障が相次いでいた右肘に痛みを再発したため、4月26日に抹消された。その後、「変形性肘関節症」と診断され、5月上旬に手術を行ったため、残りのシーズンを棒に振ることとなった。オフには故障者特例措置制度により海外FA権を取得するが、行使せず2000万円減の年俸1億4000万円で1年契約を結び残留した。2013年には、前年の右肘手術からの完全復活を目標に臨んだ2月の春季キャンプを、腰の張りを訴えて途中で離脱。3月にも、鼻骨の骨折や右大腿部の故障で、オープン戦を一時離脱した。開幕を一軍で迎えたが、オープン戦からの打撃不振に加えて、岩本や松山竜平などの台頭で5月6日に出場選手登録を抹消。そのまま二軍でシーズンを終えた。シーズン終了後の契約交渉では、NPBの野球協約における減額制限（40％）の適用を球団から提示された末に、年俸8400万円で契約を更改した。2014年には、慢性的な右肘痛の影響で年間を通じて調子が上向かず、2001年以来の一軍出場なしに終わった。11月14日には肘の不安解消へ向けて自身3度目となる右肘の手術を受けた。2015年も、前述した右肘手術や、若手選手の育成に主眼を置くチーム方針などの影響で二軍生活に終始。ウエスタン・リーグの公式戦では、30試合の出場で打率.132、1本塁打、2打点という成績にとどまった。シーズン終盤の9月27日には、「栗原が球団の翌年の戦力構想から外れている」との一部報道を、公式ブログを通じて否定。しかし球団は、その後の栗原との交渉で、翌年の契約条件として前述の減額制限を超える比率の減俸を栗原に提示した。この提示に同意しなかった栗原が、他球団での現役続行を視野に自由契約を申し出たため、球団は10月9日に栗原の退団を発表した。