この時点で残ったDDIセルラー系地域会社については、関西セルラー電話を存続会社として、沖縄以外は同年11月「株式会社エーユー (au)」（本社・大阪府大阪市）として統合、一本化（合併）された。沖縄県を管轄する沖縄セルラー電話は、地元出資企業への配慮および単独でジャスダックに上場している事から、現在も別会社のまま存在する。
「株式会社エーユー」は、翌2001年（平成13年）10月1日、KDDI本体に吸収合併され[注 3]、現在は主に同社の移動体通信事業のブランド名となっている。そのためブランドネームも「au by KDDI」（2000年10月1日から[注 4]2012年1月15日まで）となっており、これに伴いコーポレートイメージカラーも赤（auレッド）から橙（auオレンジ）に変更され、現在に至っている。
アナログ式からデジタル式への移行当初は、他社と同様にPDC方式でサービスを行っていたが、DDIセルラーグループの関西・九州・沖縄セルラーが1998年7月14日から開始したCDMA方式のcdmaOneにIDOや北海道・東北セルラーが1999年（平成11年）4月14日参加し、全国ネット化。
引き換えにPDC方式の縮小を進め、2003年（平成15年）3月31日にPDC方式のサービスを終了し[注 5][注 6]、現在はcdmaOne上位互換の第三世代携帯電話 (3G) 「CDMA2000 1x（のちにCDMA 1Xに改名）」への切り替えを進めている。
EZwebでインターネットにアクセスできるほか、CDMA 1X WIN（のちのau 3G）のほとんどの音声端末（ただしW11HおよびW11K、W21H、W21K、簡単ケータイ W32K、Walkman Phone, Xmini(W65S)、E30HT、簡単ケータイS PT001は除く）とA1400シリーズならびにA1000シリーズ、A101Kを除くCDMA 1X（のちのau 3G）のほとんどの音声端末がgpsOne技術を利用したGPSに対応する。それを生かして、GPS対応機ではカーナビと同等の機能を持つ「EZ助手席ナビ」や、ハンディナビとして使える「EZナビウォーク」（サービス開始当初は「EZ@NAVI」）を提供している。他にGPSを使った天気予報などのサービスがある。
また、2003年11月28日からは、日本初となる第三・五世代携帯電話 (3.5G) 「CDMA 1X WIN」の愛称でCDMA2000 1x EV-DO Rev.0のサービスを開始し、「EZ着うたフル」（2009年10月以降より単に「着うたフル」に改称）や、端末のみを利用したパケット通信定額制「EZフラット」を初めとした画期的なサービス、端末のデザインなどが評価され、2003年度から2006年度にかけて純増シェアトップを獲得した。
2004年（平成16年）8月1日にEZフラットを終了し、利用量によって料金が変わり、上限額はEZフラットと同額のダブル定額を開始した。EZフラットを利用してきたユーザーはダブル定額へ自動的に移行された。
以下、時系列順に記す：
2005年（平成17年）
5月1日: 「ダブル定額ライト」を開始。定額の費用を最小1050円まで下げられる事、および全ての料金プランと自由に組合せられる事から「3000円台から定額を始められる」事を宣伝、同時に携帯電話本体のみで完結する全ての機能について価格の上限を設け事実上の定額料金化し、さらに携帯電話を外部の端末に接続しモデムとして利用する際のパケット通信料金の料金体系を一新、WINの戦略を強化している。
10月1日: ツーカーグループ3社のKDDI本体への吸収合併にあわせ、ツーカーからauへの同一番号移行が可能になっている。
2006年（平成18年）
2月20日: 単独の契約でも家族割引と年間割引を併用した場合と同等の割引ができる「MY割」を開始。
8月より、ボーダフォン（当時）の「自動くりこし」、NTTドコモの「2か月くりこし」に対抗し、無料通話くりこしサービス「無期限くりこし」を開始した。ただし、無期限繰り越しと家族での無料通話を分け合うサービスを選ぶ形となり併用は出来ない。
9月より、コンテンツの一斉同時配信（マルチキャスト）を可能にする「BCMCS」を新たに導入する。BCMCSは、同一の無線チャンネルで多くのユーザーにコンテンツを一斉配信できるようにするシステム。コンテンツ配信時における周波数の利用効率とリアルタイム性が向上し、これまで以上の大容量コンテンツの配信が可能になるとしている。KDDIではこれを利用して、H.264をベースに高画質化された「EZチャンネルプラス」や、NTTドコモの「iチャネル」同等の「EZニュースフラッシュ」のサービスを開始する。これらは2006年秋冬モデルから順次対応。
10月24日: 番号ポータビリティ (MNP) が開始された。最初の6日間でauに転入した契約の数は10万1200件と10万件を突破した。一方、auから転出した契約の数は2万600件で、MNP利用者はトータルでは8万600件の純増となった。
9月5日: auの絵文字を他社に送信したときに、自動的に他社の絵文字に変換するサービスを開始（NTTドコモは7月12日より開始）。
10月末、着うたフル稼働台数が1000万台を突破。
11月、J.D.パワー アジア・パシフィックの調査において顧客満足度首位を獲得、この年の純増首位も獲得し、番号ポータビリティが始まる2006年10月24日前後に、顧客満足度首位をPRしたCMを放映。
11月2日: ソフトバンクモバイル（当時）のいわゆる「0円広告」について「景品表示法違反の疑いがある」として公正取引委員会に申告書を提出したが、同年12月12日、「景品表示法第4条第1項第2号の規定に違反するおそれがある表示を行っていた」として、公正取引委員会から注意を受けた。（→広告に関する問題）
12月より、NTTドコモやソフトバンクモバイル（当時）が導入しているHSDPAに対抗し、下り3.1Mbps/上り1.8Mbpsと、特に上り方向の速度がさらに高速化されたCDMA2000 1xEV-DO Rev.Aを開始。送信速度がHSDPAの約5倍高速なのが売り。さらにパケット通信の遅延を制御するQoSも盛り込まれ、IPベースの双方向リアルタイム通信によるサービスも提供可能になる。新サービスとして、一部の2006年冬モデルでVoIPを利用した高品質なテレビ電話サービスを開始。ほかにもVoIP音声通話やブログ、メールなどのサービスを拡張する予定。エリア展開は、CDMA2000との完全上位互換のため、EV-DO Rev.Aエリアでない地域でも、在来のEV-DO Rel.0や1xのエリアを利用できる。当初は東名阪の一部、2006年度末までに全国の政令指定都市をカバーするとし、2009年度中の全国展開を目指す。周波数は主に2GHz帯と一部に割り当てられるN800MHz帯（新800MHz帯）を利用する予定で、既存の800MHz帯にはEV-DO Rev.Aは導入されない。
12月14日: WIN端末W44Sにおいて利用料金の誤課金が発生したと発表した。[10]
12月17日: システム障害が発生しナンバーポータビリティでの手続きが行えなくなったと発表した[11]。
2007年（平成19年）
8月27日 : CDMA 1X料金プランのCDMA 1X WIN料金プランへの統合を発表。同年11月12日以降のプラン変更時に適用されるが、通話料が高くなるだけでパケット定額制のメリットを受けられないために通話料の値上げだという不満の声が上がっている。しかし、実際に料金を計算してみると、利用状況によって値下げになる場合と値上げになる場合がある。旧CDMA 1Xの料金プランの方が一般に課金単位が短いため、旧CDMA 1Xの料金プランの方が安くなりやすい。またオフタイムに料金が安くなる料金プランが事実上消滅。
9月1日: 新規加入時から基本使用料を半額にする「誰でも割」を開始。この時点でMY割を契約している利用者は自動的に誰でも割に移行するため、MY割は事実上廃止となる。
9月: 「au one-ID」（現在のau ID）サービスを開始[12]。
10月9日: 無料サービスのEZホットインフォにおいて5000万円の誤課金が発生したと発表した[13]。
11月12日: 新規契約および機種変更時における携帯電話の購入方法について、利用者の利用スタイルにあわせて選択できる「au買い方セレクト」を開始。この日以降に購入する利用者は端末代が安くなる「フルサポートコース」か通話料が安くなる「シンプルコース」のどちらかを選択することになる。持ち込み（不要になった端末を譲り受けた等）で新規契約や機種変更をする場合は従来のプランとなり、通話料の安いシンプルコースに入ることはできない。
11月16日: 広告について、NTTドコモとともに公正取引委員会からの警告を受ける。（→広告に関する問題）
2008年（平成20年）
1月16日: 新共通プラットフォーム「KCP+」を搭載した実機が初めて展示された。
2月26日: 2007年12月以降[注 7] のプリペイド契約者数の異常な急増が報道される。（→プリペイド契約急増問題）
3月1日: 「家族割」と「誰でも割」（あるいは「スマイルハート割引」）を併用して契約する（既に契約済みを含む）ユーザーを対象に家族間の国内通話を無料化。