Polamalu beholdt stillingen som startende strong safety i 2005, og hadde tre solotaklinger, forsvarte en pasning og plukket opp en interception mot Steve McNair da Steelers slo Tennessee Titans 34–7 i sesongåpningen. Den 18. september 2005 hadde han seks solotaklinger og satte en NFL-rekord for flest sacks av en safety i én kamp med tre mot Houston Texans' quarterback David Carr i en 27–7 seier. Han satte en personlig sesongrekord med ti taklinger i en 20–19 seier over Baltimore Ravens 31. oktober. Steelers sikret en tur til sluttspillet etter å ha avsluttet sesongen 11–5 for andreplass i AFC North. Polamalu avsluttet seriespillet i med 91 taklinger (73 solo), seks forsvarte pasninger og to interceptions over 16 kamper som starter. Pro Bowl 2006 ble hans andre på like mange år. Han ble også utpekt til All-Pro førstelag.