この時期は、UHFアニメにとっての重要な転換期にあたる。
それは、それまでWOWOWで放送されていた『アニメコンプレックス』枠作品が、WOWOWでの放送枠獲得競争で弾き出された格好で『アニメコンプレックスNIGHT』としてリニューアルし、独立U局に移動してきたということにある。WOWOWノンスクランブル枠作品の黎明期を支えた当枠作品が、新たな活動の場を独立U局に見出したという事実は、その後のWOWOWアニメの一時的衰退[17]の予兆であったとする意見が多い。
また、2001年4月には『こみっくパーティー』の放映も開始された。このアニメはアダルトゲームを源流（直接の原作は全年齢向けのDC版ゲーム）のアニメ化作品ではあったが、かつて放映されていた同種のUHFアニメとは異なり、筋の通ったストーリーを有する本格的なアニメ作品であった。そのためこのアニメは単なるアダルトゲーム業界側からのプロモーション的なアニメを超えたものとなっており、『アニメコンプレックスNIGHT』枠とともにUHFアニメの新しい可能性を提示することとなった。
さらに、2001年10月には、UHFアニメ初のオリジナルアニメである『ナジカ電撃作戦』の放映が開始された。このアニメは派手なアクションとパンチラを中心としたお色気を特徴とする作品であり、上記の『アニメコンプレックスNIGHT』で放映された『鋼鉄天使くるみ2式』と共に、お色気を重視したアニメとしてのUHFアニメという性格付けに大きな影響を及ぼすこととなった。
2002年4月から、『アニメコンプレックスNIGHT』枠にて『りぜるまいん』の放映が開始された（実写ドラマ作品『鋼鉄天使くるみpure』と併映）。この『りぜるまいん』は主人公の少女が繰り広げる、他の放送局では真似できない水準のお色気描写を売りにした作品であり、UHFアニメの在り方を決定的にした作品であった。なお、同時期には『シスター・プリンセス』と並び称される企画モノのハーレムアニメである『HAPPY★LESSON』の放映も開始されている。
また、2002年7月には、その後UHFアニメの主要スポンサーの一つとなる東芝デジタルフロンティアが参加して製作されたUHFアニメの第一作である『円盤皇女ワるきゅーレ』の放映も開始された。東芝はこの時期に、手堅い収益の見込めるマニア向けコンテンツ産業に参入するべく、子会社を通じ活動を活発化させていたところであったが、その東芝が活動の場としてUHFアニメを選んだということは、その後のUHFアニメの発展に大きく寄与することとなった[18]。
他方、2002年8月には、『プリンセスチュチュ 卵の章』の放映が開始された（この作品でメ?テレ（NBN。ANN）がUHFアニメを初ネット）。この作品は上記の『円盤皇女ワるきゅーレ』とともにキッズステーションが再配信することを前提として製作されたものであり、ここにおいてUHFアニメをCS放送と同時に展開するというモデルが定着した。なお、この作品は一部局では深夜帯ではなく週末の日中に放映されている。
このように、UHFアニメはポニーキャニオン（m.o.e.）、東芝（東芝エンタテインメント）、キッズステーションと、次々に有力な後ろ盾を得て、安定的に30分枠2つをアニメ枠として運用することができるようになったのである。
一方、この時期はWOWOWノンスクランブル枠アニメの衰退が著しく、前述の『フルメタル・パニック!』及びそれに続く『G-onらいだーす』以降、6か月にわたりノンスクランブル枠のアニメが消滅するという事態となった。また、その後もノンスクランブル枠アニメの退潮傾向に歯止めはかからず、これが再び増加に転じるには2005年7月まで待たねばならなかった。
安定した放映枠を獲得することに成功したUHFアニメは、2003年1月に往時のWOWOWに匹敵する5つの枠に増加し、アニメ番組として大幅な発展を遂げることとなった。
まず、前述の『THE ビッグオー』の続編である『THE ビッグオー 2nd Season』がUHFアニメとして放映された。また、黎明期にUHFアニメを利用して製品のプロモーションを行っていたエルフによるメディアミックス展開の一環として『らいむいろ戦奇譚』がアニメ化され放映された。さらに、『ナジカ電撃作戦』を制作したスタジオ・ファンタジアによるオリジナルアニメ『ストラトス・フォー』も放映されており、UHFアニメが多種多様なジャンルを持つアニメとして定着することに成功した時期でもあった。この時期以降、UHFアニメは加速度的に増加し、発展していくこととなる。
関西・中京地区において広域局で放送される作品が増えたのもこの時期からで、2003年1月期に開始の『ガンパレード・マーチ ?新たなる行軍歌?』は「放送局が制作に関与しないUHFアニメ」としては初の、両地区で広域局（MBS・CBCの組み合わせ）放映を果たした[19]。更に同年4月期にはMBSが制作委員会に参加の『成恵の世界』が放送開始され、この作品で初めて「CBCおよび関東地区の独立U局との組み合わせで、しかもいずれの地区でも同クールで放送」するというスタイルを確立した（ただし、関西地区では特番の関係で大きく遅れる場合も散見されるようにはなるが）。
2003年7月からは、IMAGICAエンタテインメント（現IMAGICAイメージワークス）制作幹事を務めるアニメ枠『アニメ魂（後に「アニメスピリッツ」に変更）』の放映が開始された。同枠作品は独立U局だけではなく、衛星放送局や地方の放送局など、幅広いエリアで放送されている[20]。
2003年10月期からは「フジテレビの深夜アニメ放映スケジュールの破綻」が原因で、関西テレビ (KTV。FNS) ・東海テレビ (THK。FNS) がUHFアニメの放映局に事実上加わっている。最初の作品は『藍より青し?縁?』（フジテレビで放映された作品の続編。翌年7月には再放送が行われた[21]。UHFアニメの再放送は、一時期KBS京都での『アニメ魂』枠でも行われていたが、その後は暫く皆無に近い時期が続いた）。
2004年1月には、史上初となる18禁OVAの続編の一般向けアニメ『MEZZO -メゾ-』が放送され、4月からは初めてのメジャーな少年漫画を原作とするUHFアニメである『美鳥の日々』が放映された。
これらはUHFアニメのアニメ媒体としての認知度が高まったことを示していると考えることもできる。一方で放送枠の際限ない拡大は番組の粗製濫造を招き、安易にお色気やバイオレンス（あるいは魔法といったファンタジー）を並べ稚拙な演出でつないだだけといった作品も増えていった。