Han forble startende strong safety under den nye hovedtreneren Mike Tomlin. Den 23. september 2007 hadde Polamalu åtte taklinger og forsvarte en pasning da Steelers slo San Francisco 49ers 37–16. På grunn av en mageskade kunne han ikke spille i kampen mot Seattle Seahawks i uke 5. Han hadde sin beste kamp i et nederlag i uke 15 mot Jacksonville Jaguars, hvor han hadde ti taklinger og forsvarte en pasning. Polamalu var plaget av skader i løpet av sesongen, og måtte også stå over kampene i uke 12 til 14 med en kneskade. Han avsluttet sesongen med 58 taklinger (45 solo) og ni forsvarte pasninger i løpet av 12 kamper, hvorav 11 var som kampstarter.