Från och med då, Hamlin tävlade i Grand Stock divisionen under 1998 som sedan sporrade honom till modellerar sent lagerför bilar år 2000. Hamlins tur genombrott kom när han var 24 och racing i modellerar sent lagerför bilar heltid. Det var där som Hamlin rönt uppmärksamhet Joe Gibbs Racing som sedan bestämde sig för att anmäla honom för en förare utvecklingsprogram. Samma år, Hamlin gick med allvarliga ligan NASCAR Craftsman Truck Series tävlingar och NASCAR Busch Series på Darlington Speedway. Han lyckades säkra en 8: e plats finish och med att en stabil grund i Joe Gibbs Racing.
Trots att han började på 27: e efter en olycklig kvalet, tog Hamlins kompetens under under själva loppet och visade Joe Gibbs Racing att han var verkligen en bra investment.Hamlin hamnade ersätter Mike Bliss 2005 för Busch Series och han avslutade loppet med en stadig 5. plats i sista mästerskapet. Han var också kunna tävla i sin första NEXTEL Cup Series, varefter han gjorde sin Cup-debut efter byte Jason Leffler. Han fortsatte med att avsluta Cup säsong med 3 topp 10 placeringar i sju starter och en stolpe på Phoenix International Raceway.
Hamlin hade sin första hela säsong i NASCAR Nextel Cup Series 2006 och han Drover Busch Series. Under NEXTEL Cup, lyckades han slå tidigare säsonger pole vinnare i 2006 Budweiser Shootout och göra en sådan, han gjorde historia som den första Rookie av året kandidat att vinna en sådan ära. Även under en paus på Lowes Motor Speedway, skadade Hamlin sin vänstra hand mellan pinkie och handled som förde cirka 19 stygn som ett resultat av goofing runt med några av hans besättningsmän. Trots den allvarliga skadan, han lyckades ändå väska tvåa på Crown Kungliga 400.
Han gick därefter på att vinna sin första karriär Cup Series på Pocono 500 och han lyckades också att ta hem sin andra karriär pole. Hans andra karriär segrar uppnåddes under samma år i Pennsylvania 500, Pocono Raceway och återigen gjort historia för att vara endast den 2: a rookie i NASCAR NEXTEL Cup historia att få båda trof