I sin siste sesong fortsatte Polamalu å imponere på banen. Etter å ha blitt stemt til lagkaptein for andre år på rad startet han sesongen med syv taklinger hvorav en for tap i en seier over Auburn. I sesongens andre kamp møtte Trojans #18 Colorado hvor Polamalu ledet laget med 11 taklinger. Hans prestasjoner i kampen, som endte 40–3 for USC, gjorde at han ble utpekt til Pac-10 Defensive Player of the Week. I sesongens femte kamp pådro han seg en ankelskade i første forsvarssett mot #17 Washington State. Etter å ha stått over en kamp var han tilbake mot #22 Washington, hvor han hadde fem taklinger og returnerte en interception 33 yards. Polamalu satte en personlig rekord på 13 taklinger mot Stanford, og hadde også en sack i kampen. Hans siste kamp i college kom i Orange Bowl mot #3 Iowa. En lårskade gjorde at han tilbragte størsteparten av kampen på sidelinjen. Polamalu avsluttet sesongen med 68 taklinger, ni for tap, tre sacks, én interception, og tre fumbles forårsaket. Han ble stemt til All-Americans førstelag av Associated Press, Football Writers, ESPN.com, og Walter Camp, som gjorde ham til den første Trojan til å bli utpekt til All-Americans førstelag to gange siden Tony Boselli i 1992.