日本有数の多雨地帯である大台ヶ原を源流域とし、上流部は吉野熊野国立公園の一部となっている。豪雨と急流により削られた深い渓谷が続く渓谷は瀞峡と呼ばれ、下流部の瀞八丁は国の特別名勝および天然記念物である。この渓谷は、隆起準平原である大台ヶ原周辺から流れを発した川が、多雨と水成岩の脆弱な地質によって、台地を侵食し形成されたもので、急峻な屏風状の断崖をなしている。険しい地形のため、河畔の人口は乏しく、原生の常緑広葉樹林が残る箇所も残されている。上流部では林業がかつては盛んであったが、急峻な地形に阻まれて、伐採された木々を陸路で搬出することは不可能であった。そのため案出されたのが、伐採された木材で筏を組んで下流まで流していく筏流しである。筏流しによって下流に流された木材は、本流の筏流しと合流し、河口の新宮市において集積・出荷された。上流のダム建設に伴う水量の減少と林業自体の斜陽のため、1964年（昭和39年）3月、筏流しはひとたびは途絶したが、15年後の、1979年（昭和54年）、観光用に復活され、北山村の観光名物となっている。
東京優駿の後は、まず栗東トレーニングセンターで調整されたが、7月10日に札幌競馬場に移動し、それから約2か月間は同競馬場で調整された。放牧に出さずに札幌競馬場で調整されたのは、厩舎での調整のリズムを変える必要がないことと、避暑ができるからであった。札幌競馬場での調整では行きたがる気性を治すための調教もされた（性格・気性の項目を参照）。9月11日に栗東トレーニングセンターに戻り、その後は栗東で調整が行われた。秋初戦となった神戸新聞杯は、91人の徹夜組も含めて前年比147.2%の4万6775人の観客が阪神競馬場に詰めかけた。馬体重は前走の東京優駿と同じく448kgで、単勝オッズは1.1倍で1番人気に支持された。ディープインパクトはやや飛び上がるようにしてスタートを切り、道中は最後方から2番手の位置でレースを進めた。正面スタンド前ではやや前に行きたがるところを見せたが2コーナーを回って向正面に入ったところでは完全に折り合い、3コーナー過ぎで外に出たディープインパクトは手綱を持ったままの状態で加速し、直線入り口で大外から先頭に並びかけるとそこから瞬時に抜け出し、2着シックスセンスに2馬身半の差をつけて優勝した。勝ちタイム1分58秒4はトウショウボーイが持つ従来の記録を塗り替える当時のレースレコードを記録した。レース後、武は「本当に素晴らしい馬です。なんとかこの馬を三冠馬にしてやりたいですね」とコメントした。そして三冠のかかった2005年（平成17年）10月23日の第66回菊花賞では、京都競馬場には菊花賞の入場動員レコードとなる13万6701人（前年度比182.0パーセント）の観客が押し寄せた。京都競馬場には863人の徹夜組を含む1万1936人のファンが午前7時20分の開門時に列を作り、JRAが先着100名に配布したディープインパクト像前での記念撮影整理券は7時30分に全てなくなり、300食限定の「めざせ三冠!!ディープインパクト号弁当」も7時45分に完売した。ディープインパクトの単勝支持率は79.03パーセントとなり、単勝式オッズは1.0倍（100円元返し）となった。この単勝支持率は菊花賞としては1963年（昭和38年）のメイズイ（6着）の83.2パーセントに次ぐ史上2位、グレード制施行後の重賞としては当時史上最高の単勝支持率であった。レースでは好スタートを切ったものの、スタート後の最初の3コーナーから掛かってしまう。そのため武豊はディープインパクトを馬群の内側に入れ、前に行くのを防いだ。その後馬群中団で落ち着いたディープインパクトは、直線で先に抜け出していたアドマイヤジャパンを差し切り2馬身差をつけて優勝。シンボリルドルフ以来、21年ぶり史上2頭目の無敗での三冠馬となった。なお、ゴール前での馬場鉄志アナウンサーの実況「世界のホースマンよ見てくれ!!これが日本近代競馬の結晶だ‼︎」は2006年（平成18年）のFNSアナウンス大賞を受賞した。そしてレース後の記念撮影では武豊が指を3本立てて三冠をアピールした（レースに関する詳細については第66回菊花賞を参照）。また、3冠レースを全勝した内国産馬に2001年から1億円の褒賞金が贈られることになっていたため、ディープインパクトが初の対象馬となった。菊花賞後、陣営はディープインパクトを年内にあと1レース出走させる方針を示したうえで、ジャパンカップと有馬記念のどちらに出走するかを検討し、最終的に有馬記念に出走させることを決定した。事前のファン投票では16万297票を集めて1位となった。レース当日の中山競馬場には前年比129.6パーセントとなる16万2409人もの大観衆が押し寄せた。古馬とは初対決となったものの、単勝式オッズは1.3倍を記録した。しかしレースでは、いつものように後方から進めるも、ハーツクライに半馬身及ばず2着に惜敗し、8戦目にして初黒星を喫した。レース後、鞍上の武豊は「今日は飛ぶような走りではなかった。普通に走ってしまった」と初めての敗戦にショックを隠し切れないコメントを残している（レースに関する詳細については第50回有馬記念を参照）。2005年（平成17年）の活躍をうけ、この年のJRA賞では年度代表馬および最優秀3歳牡馬に選出された。JRA賞選考委員会の記者投票では最優秀3歳牡馬では満票（291票）を、年度代表馬では285票を獲得した。関西競馬記者クラブ賞も受賞した。