Hamlins heldig pause kom, da han var 24 og væddeløb i sen model Stock Cars fuld tid. Det var der, at Hamlin vundet opmærksomhed Joe Gibbs Racing, som derefter besluttede at melde ham op for en udvikling chauffør program. Samme år, Hamlin sluttede sig til de større liga NASCAR Craftsman Truck Series racer og NASCAR Busch serien på Darlington Speedway. Han formåede at sikre en 8. plads finish og med, at en stabil fod i Joe Gibbs Racing.
Selvom han startede på 27 efter en uheldig kvalificerende session, tog Hamlins færdigheder i under selve løbet og viste Joe Gibbs Racing, at han faktisk var en god investment.Hamlin endte erstatte Mike Bliss i 2005 for Busch Series, og han sluttede kapløbet med en støt 5. plads i den endelige mesterskab. Han var også i stand til at konkurrere i hans første NEXTEL Cup Series hvorefter han fik sin Cup debut efter udskiftning Jason Leffler. Han fortsatte med at afslutte Cup sæson med 3 top 10 placeringer i syv starter og den ene pol på Phoenix International Raceway.
Hamlin havde sin første fulde sæson i NASCAR Nextel Cup-serien i 2006, og han også drover Busch Series. Under NEXTEL Cup, lykkedes det ham at slå de tidligere sæsoner pol vindere i 2006 Budweiser Shootout i at gøre sådan, han skrev historie som værende den første Rookie af året kandidat til at vinde en sådan ære. Mens under en pause på Lowes Motor Speedway, Hamlin skadet sin venstre hånd mellem Pinkie og håndled som bragte omkring 19 sting som følge af goofing rundt med nogle af hans besætningsmedlemmer.
Men på trods af den alvorlige skade, han stadig formået at taske den anden plet på Crown Royal 400. Han fortsatte med at vinde sin første karriere Cup Series på Pocono 500 og han formåede også at bringe hjem hans anden karriere pol. Hans anden karriere sejr blev opnået i samme år i Pennsylvania 500, Pocono Raceway og igen skrev historie for at være kun 2nd rookie i NASCAR Nextel Cup historie