I juli 2004 gikk Paul Thirlwell gratis til Sheffield United. Hans første kamp for denne klubben var mot Reading 14. august 2004, mens hans første scoring kom mot Wolverhampton Wanderers 27. november 2004. Thirlwell spilte bare en sesong for klubben fra South Yorkshire, og 5. august 2005 skrev han kontrakt med Derby County. Han debuterte for Derby 6. august 2005 i en ligakamp mot Brighton & Hove Albion.