Через год, в апреле 2003 года, появился еще один альбом – Thickfreakness. Часть его вновь записали в подвале дома одного из участников. Критики положительно приняли эту пластинку. В нее вошли такие успешные синглы, как "Hard Row", "Set You Free" и кавер на песню "Have Love, Will Travel". Альбом попал на 182 строчку британского чарта.
Релиз третьего полноценного альбома группы состоялся в 2004 году под названием Rubber Factory. Он укрепил популярность музыкантов и позволил им завоевать авторитет в своей сфере. Альбом записывался на заброшенном заводе в Акроне. Ему удалось попасть в хит-парад Billboard 200. Записанный для пластинки сингл "10 A.M. Automatic" стал саундтреком к нескольким кинофильмам. В то время, многие фанаты мечтали заказать высутпление The Black Keys на частные мероприятия.
В мае 2006 года был записан мини-альбом Chulahoma: The Songs of Junior Kimbrough с кавер-версиями на композиции американского исполнителя Джуниора Кимбро. Через несколько дней появился концертный альбом Live in Austin, TX. Вскоре после этого группа записала четвертую студийную пластинку Magic Potion. Релиз состоялся на новом лейбле – Nonesuch Records.
Следующей студийной работой стал альбом Attack & Release, продюсером для которого выступил Брайан Джозеф Бертон. Пластинка появилась в продаже 1 апреля 2008 года и заняла 14 строчку в престижном чарте Billboard 200. Лучшими синглами из плейлиста стали "I Got Mine", "Same Old Thing" и "Strange Times". Альбом получил золотой статус.
В ноябре 2008 The Black Keys выпустили концертное видео Live at the Crystal Ballroom с выступления в Портленде. Очередной студийный альбом появился весной 2010 года и был назван Brothers. В него вошло 15 композиций, для записи которых музыканты привлекли Марка Нейла. За неделю пластинка продалась тиражом свыше 70 тыс. копий, поднялась на третью строчку в Billboard 200 и получила два платиновых сертификата в США.
В 2011 году молодых музыкантов номинировали на премию Grammy по четырем категориям. Группа получила два приза за лучший альтернативный альбом и лучшее рок-выступление.
Весной 2011 года The Black Keys начали работать над новой студийной пластинкой, которой присвоили название El Camino. Летом записи были готовы и состоялся релиз. Поклонники и критики приняли этот альбом очень положительно, и ему даже удалось превзойти успех альбома Brothers. Пластинка попала на вторую строчку в Billboard 200, а за неделю распродалась тиражом свыше 200 тыс. копий.
Над восьмым альбомом Turn Blue (2014) музыканты работали с продюсером Danger Mouse. После релиза группа взяла небольшой перерыв, во время которого Карни и Ауэрбах работали над собственными проектами.
В 2019 году после длительной паузы The Black Keys записали сингл "Lo / Hi", а через неделю отправились в большой тур по Северной Америке совместно с Modest Mouse. Летом того же года состоялся релиз девятой пластинки Let's Rock с 12 композициями, среди которых "Eagle Birds", "Lo/Hi", "Tell Me Lies" и другие. Альбом попал в десятку лучших в чартах США, Великобритании, Канады и многих стран Европы.
