主回路制御方式は、架線からの交流20kVを主変圧器で降圧した上で、サイリスタで構成された複数のブリッジ回路により、整流制御された直流電源で直流電動機のMT61QAを駆動する、サイリスタ位相制御である。主幹制御器(マスコン）で力行の1-4ノッチ投入時は95%弱め界磁を行い、5ノッチ投入時に70%弱め界磁制御を行う。主回路接続は、4基の電動機をすべて直列に接続するしたものを1回路として、これを2回路並列させた (4S2P) 。25‰上り勾配でMM'カットにより1Mでも勾配起動できる能力を持つという。MM'ユニットを採用し、M車（モハ811形）には主制御器と発電ブレーキ用の抵抗器が搭載されている。また、M'c車（クモハ810形）には主変圧器(TM401K)・サイリスタ・補助電源装置・集電装置が搭載される。デビュー当初はTAc車を開発し2両編成にする構想や閑散時にT車を抜き3両編成とする構想もあった。電気ブレーキは783系の回生ブレーキから発電ブレーキに変更となった。これは783系の実運用時に発覚した、閑散線区において交流電化区間で回生ブレーキを使用した場合、沿線にある変電所の力率を落としてしまい、電力会社からペナルティを受けることとなった。それが回生ブレーキによる節電効果を上回ってしまったことからである。また、コストの兼ね合いから電気ブレーキ制御は783系のような無段階制御ではなく従来の415系などと同じカム軸制御となった。また、120km/h運転に対応するため100km/h以上からブレーキを掛けた際に制動力を増加させる増圧ブレーキを備える。サイリスタ(RS401KA) は主シリコン制御整流装置とも呼称される。1つのブリッジ回路に使用されているサイリスタ半導体素子 (2,500V, 4,000A) は4つ使用しており、8基の主電動機が接続される。冷却方式としてフロン沸騰冷却方式を採用するが、今後はフッ化炭素冷却方式を採用予定であるとしている。空気圧縮機 (MH1084-C2000MQ) はレシプロ式を搭載する。補機用の電源として静止形インバータ (SC400K) を搭載するほか、主変圧器の2次側にある3次巻線も使用する。集電装置 (PS101QB) は、菱形パンタグラフである。上り方（門司港方）先頭車のクモハ810形の連結面寄りに設置している。台車はヨーダンパが付いた、軸箱支持装置が円錐積層ゴム式の空気ばね式の軽量ボルスタレス台車のDT50QA（電動車）/TR235QA（制御車・付随車）が採用されている。非常時の救援用として全段読替式のブレーキ読替装置およびジャンパ連結器を搭載し421系、423系、415系、783系などの車両と併結し相互に制動および力行が可能である。1両あたり消費電力は、415系を「100」とした場合、811系（登場時）は「約70%」（理論値）である。
カペッロや複数の選手がチームを去った2004-05シーズンはローマは低迷するものの、トッティ自身は得点を重ねてセリエAでは12得点を挙げた。10月3日のインテルナツィオナーレ・ミラノ戦でセリエA通算100得点を達成。また12月19日のパルマ戦ではセリエA通算107得点とし、ロベルト・プルッツォを抜き、ローマのクラブ史上最も多くの得点を記録した選手となった。チームは最終的に8位でシーズンを終え、コッパ・イタリアでは決勝戦に進出したもののインテルに敗れて準優勝に終わった。ルチアーノ・スパレッティが就任した2005-06シーズンからは、トッティは4-2-3-1フォーメーションの中でセンターフォワードとして起用されるようになった。トッティは最前線のポジションであるにも関わらずたびたび中盤でのビルドアップを担い、それにより攻撃的ミッドフィルダーとウイングの攻め上がるためのスペースが生まれるといった場面が度々生じた。ここシステムは後に「4-6-0」、あるいは「0トップ」と表現され、トッティの役割は「偽9番」と呼称されるようになった。ローマは同シーズンに開幕9連勝というクラブ新記録を達成するが、10連勝をかけた2006年2月19日のエンポリ戦にて、開始直後にエンポリのリカルド・ヴァニーリのバックチャージを受けて転倒し、腓骨の骨折および靭帯損傷の大怪我を負った。同年のワールドカップ出場は絶望視されたが、驚異の回復力を見せ、5月11日のインテルとのコッパ・イタリア決勝戦に途中出場しピッチに復帰した。手術中には足首に金属板が取り付けられていたが、トッティの主治医は彼のプレーに影響を及ぼさないよう、翌シーズンまでは金属板は取り外さないこととした。またトッティは骨折の回復を速めるために、テリパラチドの適用外治療を受けた。2006-07シーズンはセリエAではキャリアハイの26得点を記録し、自身初となるセリエA得点王を獲得、また同時にヨーロッパにおける年間最多得点者に与えられるゴールデンブーツ賞を受賞した。ローマはセリエAではインテルに及ばず2位に留まり、チャンピオンズリーグでは準々決勝でマンチェスター・ユナイテッドに敗れたが、コッパ・イタリアではACミランを破って優勝を果たした。トッティは2007年のバロンドールにもノミネートされ、10位にランクインした。2007-08シーズンには1-0で勝利した8月29日のスーペルコッパ・イタリアーナのインテル戦において、トッティは相手ゴール前でペナルティーキックを獲得し、それをダニエレ・デ・ロッシが決めてローマの勝利に貢献した。2008年1月16日の4-0で勝利したコッパ・イタリアのトリノ戦ではキャリア通算200得点を達成。同年1月28日には5度目のセリエAイタリア人最優秀選手に選ばれた。翌2月24日にはトッティはフィアレンティーナ戦でセリエAでの出場試合数を386試合に伸ばし、1960年代のローマのキャプテンジャコモ・ロッシの記録に並び、同27日のインテル戦でその記録を破った。3月9日の2-0で勝利したSSCナポリ戦ではローマでの通算出場試合数500試合を達成し、自身はペナルティキックから2点目のゴールを決めた。だが4月19日のリヴォルノ戦で右膝を負傷し、4ヶ月間の離脱を強いられ残りのシーズンの棒に振ったが、同シーズンのローマはクラブ記録となる勝ち点82を記録しインテルと最終節まで優勝争いを演じ、またコッパ・イタリアでは再びインテルを降し連覇を達成した。この決勝戦にはトッティは出場していなかったものの、キャプテンとして優勝カップを受け取り、トッティはローマの歴史上において最も多くのタイトルを獲得したキャプテンとなった。