2001-ben kilépett a bandából Jason Newsted, ekkor kezdtek pletykák terjengeni a csapat feloszlásáról. Nem kezdtek el új basszusgitárost keresni, hanem Bob Rock-ot kérték fel a kisegítésre, aki elvállalta a feladatot. Ez az időszak az egyik legkritikusabb periódus az együttes történetében. Júliusban Hetfield rehabilitációs kezeléseken vett részt "alkohol és más függőségek" miatt. Ulrich és Hammett ekkor komolyan elgondolkoztak a befejezésről. Végül Hetfield visszatért és elkezdték felvenni a St. Angert. 2003 júniusában végül kiadták nyolcadik lemezüket. Az album a slágerlisták első helyén mutatkozott be, az együttes egyik legagresszívabb lemezének tartják. Az előzőektől eltérően nem volt tökéletesre csiszolva, nyers hangzásúra sikeredett. Sokan kritizálták ezért és az érzelmileg túlfeszített dalokért, továbbá a gitárszólók hiányáért. Ennek ellenére a lemez Grammy-díjat kapott, ez a csapat hetedik ilyen elismerése.
2003 elején új taggal bővültek, Robert Trujillo lett a basszusgitáros, aki korábban a Suicidal Tendencies-ben és Ozzy Osbourne együttesében játszott. 2003-2004 során két hosszú koncertkörutat tartottak: Summer Sanitarium Tour 2003 és Madly in Anger with the World. Az utóbbi, a Godsmack-kel közös, egy évig tartó koncertsorozat szinte minden állomását rögzítették és a livemetallica.com-on árusítják.
2006. február 16-án, 15 éves partnerség után Bob Rock bejelentette, hogy nem vesz részt a következő stúdióalbum felvételében. 1991 óta ő volt az összes Metallica album producere. Az új albumon már Rick Rubin dolgozik, aki már több neves heavy metal együttes, mint például a Slayer, System of a Down, Slipknot és Rage Against the Machine producere is volt.
2006 nyarán a Master of Puppets album 20 éves évfordulója alkalmából a nyári Escape from the Studio turnén lejátszották a teljes albumot. A turné után a csapat ismét stúdióba vonult, hogy a 2007 elejére datált új albumuk munkálatait folytassák.
2006. december 4: kiadták a The Videos 1989-2004 nevű DVD-t, amin a 15 év összes videója megtalálható.
2007. február 9: bejelentették, hogy az új stúdióalbumuk felvétele március 12-én fog kezdődni.
2007. július 7: az együttes fellépett a globális felmelegedés elleni Live Earth koncert londoni helyszínén.
2008 szeptember 2: egy francia lemezbolt tévedésből 10 nappal korábban kezdi el árusítani a Death Magnetic című albumot, amely így felkerül a fájlcserélő hálózatokra.
2008 szeptember 12: megjelenik a Metallica kilencedik studióalbuma, a Death Magnetic, amely mind kritikai, mind üzleti értelemben sikeresnek bizonyult: az album a megjelenést követő héten több mint 20 országban az eladási listák élére került. Az Egyesült Államokban a Billboard lista élén nyitott, miután három nap alatt 490 000 példányt adtak el belőle - ennél jobban csak a Load teljesített a Metallica történetében a megjelenést követő napokban. Több kritika is úgy értelmezte az albumot, hogy az - a sok vitát kiváltó Load/Reload és St. Anger után - visszatérést jelent a Metallica 1980-as évekbeli zenei világához.
Három évvel azután, hogy a Metallica iktatta be a Black Sabbath-ot a "Rock and Roll Hall of Fame"-be 2009. április 4-én ők is bekerültek a halhatatlanok közé.
A jelenlegi felállás tagjai mellett beszédet mondott Jason Newsted, valamint Cliff Burton édesapja is Ray Burton.
A ceremóniát Flea (Red Hot Chilli Peppers) konferálta. Zárásképp pedig egy nem mindennapi felállást láthattunk a szinpadon: Hetfield, Ulrich, Kirk, a volt és jelenlegi basszusgitáros mellett még Jimmy Page (Led Zeppelin) Jeff Beck, Ron Wood (Rolling Stones) és Joe Perry (Aerosmith) zenélt együtt.