2002年頃から猪木との方向性の違い、元々総合ではなくプロレスラー志向が強かったこともあり、主戦場をZERO-ONEのリングとし、かつての宿敵・橋本真也と「OH砲」を結成。「刈龍怒（かりゅうど）」（小川のSTOと橋本の水面蹴りを合わせた合体技）、「オレごと刈れ」（ジャーマン・スープレックスをかける橋本に相手ごとSTOをかける技）といった合体技を開発した。新日本への参戦時代は、ビッグマッチへのスポット参戦が中心だったことから、同時期にデビューしたレスラーに比べてプロレスのキャリア不足は否めなかったが、この頃からマイクパフォーマンスが饒舌になり、プロレスラーとして成長した。
2001年4月18日に、宿敵だった橋本真也率いるプロレスリングZERO-ONEの旗揚げ第2戦（日本武道館）に参戦。メインイベントで三沢光晴とタッグマッチで対戦した（小川、村上vs三沢、力皇猛）。試合序盤では、小川は三沢を挑発するも三沢はいなし続け、試合中盤で、力皇を捕らえている時に三沢がカットに入り、エルボーを食らったのが三沢との初遭遇となった。食らい慣れていないエルボーの連発に倒れこんだ小川は、仕切り直してスタンド状態で三沢と対峙しミドルキックをいなされると片足にタックルを仕掛けたが、三沢はこれを堪え、がぶる事なく小川の首を上から押さえこみ、主導権を取ろうとグラウンドで動き回る小川に対し的確に背後に取るといったレスリング技術を見せた。対する小川は三沢の足を取りながら立ち上がり、がぶろうとする三沢を大腰でマットに投げ返すとそのまま押さえ込みつつマウントを奪う。小川のパンチを上から浴びせられる三沢はガードを固めマウントからは自力で脱出できないが、力皇が小川の背後から大相撲仕込みの突進を見舞いカット。試合はその後、場外へ落ちた小川を力皇が追い、二人が争ってる最中にリング上で村上が三沢のバックドロップ気味のジャーマン3連発を食らってフォール負けを喫する。当然暴れ足りない小川はゴングが鳴った後、リングに上がり三沢に殴りかかった。小川に対し反撃をしない三沢だったが、ノアの選手が上がってきて小川は袋叩きにされ、橋本らもリングに上ってきたが力皇らに押さえ込められ、挙句にはノア陣営全員で勝ち名乗りをされ圧倒されてしまう。これに小川はマイクを取り「数さえ揃えば勝てると思ってるんじゃねえぞこの野郎!」とマイクを投げつけたが、解説の馳浩と吉田秀彦に「負け惜しみですね」「小川は悔しくて眠れないでしょうね」と言われてしまった。
橋本との抗争後は、PRIDEに参戦し、ゲーリー・グッドリッジ、佐竹雅昭に勝利した。2000年12月31日、Millennium Fighting Arts INOKI BOM-BA-YEで安田忠夫とプロレスルールで対戦し、1分38秒スリーパーホールドでレフェリーストップ勝ち。安田戦直後のインタビューで小川は「もう仲間同士でやりたくないよ」と発言している。
同年4月7日、橋本と東京ドームでシングル5度目の対戦。橋本はこの試合に負けたら引退すると公表していた。このドーム大会はテレビ朝日でゴールデンタイムに生中継され、番組のコピー「橋本真也34歳 小川直也に負けたら即引退スペシャル」は大きな波紋を呼んだ。試合は小川が優位に試合を進めた。橋本は場外からの水面張りで奇襲を仕掛けるが、橋本がオープンフィンガーグローブを外して素手で小川にパンチを入れたことにセコンドの村上が激怒し、リング内に乱入し、その後持ち直した小川はSTO6連発で橋本をKOした。テレビ中継は平均視聴率は15.7%、瞬間最高視聴率は24%を超え、反響を呼んだ。橋本とのシングル戦は事実上4勝1敗で勝ち越した。橋本は、リングの魂（テレビ朝日）の企画で、復帰を願い折り鶴を送った純真な少年ファンの兄弟（米川力兄弟）の声に応え、引退宣言を撤回した。なお、試合後小川も橋本に対して「引退するかしないかは彼自身が決めること、俺が決めることじゃない。あえて言わせてもらうとすれば、引退なんかするんじゃない」とエールを送っていた。
前述のとおり、内定報道を皮切りにあらゆるメディアはこの件を報じ、概ね祝賀一色で、女性週刊誌の表紙は金色の地にタイトルが書かれていた。文化人では林真理子、松原惇子、猪口邦子、曽野綾子、田辺聖子、田嶋陽子などが祝賀コメントを発表した。残間里江子は、自分よりも学歴・収入・身長などが低い女性をパートナーに選びたがる日本男性の中で、雅子という女性を選んだ皇太子の器の「大きさ」に女たちは感激したと記している。ジャーナリストの亀井淳は、この5年前の昭和天皇崩御による「自粛」の連鎖を経た一般市民の反応には、報道の熱狂に対してクールな部分もあり、若い働く女性からは（せっかくキャリアを積んだ女性が皇室入りして仕事を辞めるのは）「もったいない」という意見もあったとした。しかしマスコミが、再三にわたり断られていた事実にも関わらず、無理に一途な男の愛の物語に仕立てようと、（小和田家など）意思を「貫かれる側」の立場に立たない報道が繰り広げられたと評し、1月19日の婚約会見以降、マスコミの熱は宮沢りえの婚約解消騒動の影響や、二人の様子に「ラブストーリー」が感じられないとして冷めていったと分析した。また2月前後には、週刊誌が皇室内の「いじめ」が始まるといった、バッシングを煽るような内容の記事を載せ始め、保守系雑誌『諸君!』には小堀桂一郎や酒井信彦などの、小舅めいた「説教」や記者会見で二人が饒舌だったことを批判する「諫言」が掲載された。亀井はご成婚が「盛り上がらない」という報道などを紹介し、ミッチー・ブームの時代背景と比較して今回はさほど人心を捉えず、大量の報道は政府やマスコミによる国民への意識操作の面があると主張した。ただし、亀井の分析は1993年4月時点のもので結婚の儀以降の国民の反応（祝賀の記帳や当日の視聴率など）は対象ではない。また、亀井は報道協定について、報道のモラルを守るという自明のことを明文化しなければ守れず、大政翼賛会的な規制に易々と従った、日本のマスコミの水準の低さを示す恥ずべき歴史と強く批判した。