Polamalu fikk sin debut i Steelers' sesongåpning da de slo Baltimore Ravens 34–15. Uken etter fikk han sin første takling, og avsluttet kampen med to solotaklinger, da Pittsburgh tapte 20–41 mot Kansas City Chiefs. Den 30. november hadde han fire kombinerte taklinger og fikk sin karrieres første sack på Cincinnati Bengals' quarterback Jon Kitna, da Steelers tapte 20–24. Den 23. desember 2003 hadde Polamalu en personlig sesongrekord på seks kombinerte taklinger i en 13–6 seier over Cleveland Browns. Han avsluttet nykommersesongen sin med 38 taklinger (30 solo) og fire pasninger forsvart i løpet av 16 kamper, hvorav ingen var som starter. Han tilbragte i hovedsak sesongen som reserve strong safety og spilte for det meste på special teams eller i dimeformasjoner.