『ユグドラシル』発売に伴い、同年9月17日から11月20日にかけて全国ツアー「MY PEGASUS」を開催。12月には幕張メッセで2日間で3万人を動員する単独ライブとしては最大規模のライブ（全国ツアー「MY PEGASUS」の最終公演「PEGASUS YOU」）を行い、初日にはNHKの番組『スーパーライブ』用の収録も行われる（地上波テレビとしては初の大々的な露出）。この後、年末には韓国でのライブも行っている。
2005年 - 2007年:『orbital period』

2005年7月21日に発売された10thシングル「プラネタリウム」で自己最高の初動売上を記録。この記録は同年11月23日に発売された11thシングル「supernova/カルマ」でさらに更新し、自身最大のヒット曲である「天体観測」に迫る50万枚近い売り上げを記録。2006年度オリコン年間シングルチャートで9位にランクインしてシングル・アルバム通じて初の年間TOP10入りを果たす。

2006年3月22日、藤原が書き下ろした、ゲーム『テイルズ オブ ジ アビス』用のサウンドトラック集『SONG FOR TALES OF THE ABYSS』（MOTOO FUJIWARA名義）が発売される。同年9月20日には楽曲「ギルド」の世界観をテーマにしたオリジナル無声映像作品『人形劇ギルド』をリリース。そして、同年11月22日に12thシングル「涙のふるさと」を発売し、「オンリー ロンリー グローリー」以来2年5か月ぶりとなる2度目のオリコンシングル週間チャート第1位を獲得した[12]。

2007年7月16日にインディーズ時代に所属していたハイラインレコーズの10周年記念イベントにシークレットゲストとして登場し、498日ぶりにライブ復帰。夏のイベントにも出演した。同年10月24日にはシングル「花の名」「メーデー」を2枚同時リリースし、「花の名」は2作連続通算3作目のオリコンシングル週間チャート第1位を獲得、「メーデー」も2位となり史上7組目の1位・2位独占を達成した[13]。「花の名」は映画「ALWAYS　続・三丁目の夕日」の主題歌に採用された。

同年12月19日には前作『ユグドラシル』より3年4か月ぶりとなるスタジオ・アルバム『orbital period』を発売。自己最高の初動売上を記録した。12月26日には全国FM放送協議会（JFN）主催の「FM FESTIVAL RADIO AWARD IN JAPAN "LIFE MUSIC 2007"」で「花の名」が大賞（LIFE MUSIC OF THE YEAR）を受賞した。また、『SPACE SHOWER Music Video Awards 2008』においても「BEST VIDEO OF THE YEAR」、「BEST YOUR CHOICE」、「BEST GROUP VIDEO」を受賞。同一年での三冠達成は史上初となった。

アルバム『orbital period』の発売の伴い、翌2008年1月10日から2月13日にかけてライブハウスツアー「ホームシック衛星」を、また2008年2月23日から７月5日にかけてアリーナツアー「ホームシップ衛星」を開催した。5月18日に行われた埼玉公演は特別番組としてNHKにて放送された。
2008年 - 2010年:『COSMONAUT』

2008年6月18日に、いままで発売されたシングルのカップリングに新曲「プレゼント」を収録したアルバム『present from you』を発売。2008年にリリースした作品はこのアルバムのみで、シングルは発売されなかった。

2009年11月25日、約2年ぶりとなる両A面シングル「R.I.P./Merry Christmas」をリリース。2009年にリリースしたCD作品はこのシングルのみとなった。

2010年4月14日には16thシングル「HAPPY」を、4月21日には17thシングル「魔法の料理 ?君から君へ?」をリリース。オリコンチャートで「HAPPY」と「魔法の料理 ?君から君へ?」の異なる作品で、2週連続1位を獲得した[注 6]。「HAPPY」はBUMP OF CHICKENの作品では初となるオリコン月間1位を獲得し、「魔法の料理?君から君へ?」も月間2位を獲得したため、1位・2位を独占した。同年4月10日には「BUMP OF CHICKEN SECRET」として自身初のシークレットライブを六本木ヒルズアリーナで開催。

同年10月13日に18thシングル「宇宙飛行士への手紙/モーターサイクル」をリリース。自身初となる3作連続1位を獲得。同年12月15日には前作以来約3年ぶりとなるスタジオ・アルバム『COSMONAUT』をリリース。『ユグドラシル』以来3作振りとなるオリコンチャート初登場1位を獲得した。『友達の唄』の発売が決まっていたことや『ゼロ』のレコーディング作業もありリリース直後にツアーは行われなかったが、2011年12月5日から2012年1月31日にかけてライブハウスツアー『GOOD GLIDER TOUR』を、2012年4月7日から7月14日にかけてアリーナツアー『GOLD GLIDER TOUR』を開催し、7月3日の国立代々木競技場第一体育館公演を収録したバンド初の映像作品『BUMP OF CHICKEN GOLD GLIDER TOUR 2012』を2013年3月6日にリリースした。
2011年 - 2014年:『RAY』

2011年2月23日に19thシングル「友達の唄」を発売。同年5月11日に20thシングル「Smile」が発売され、楽曲の着うた、CDシングルの収益はすべて東日本大震災の義援金として日本赤十字社を通じて被災地に寄付された[14]。同年10月19日には21stシングル「ゼロ」を発売し、この作品は「花の名」「メーデー」以来となる累計20万枚以上の高セールスを記録した。

2012年1月18日には22ndシングル「グッドラック」を発売し、7作目となるオリコンシングルチャート1位を獲得。同年9月12日には23rdシングル「firefly」を発売。本曲は連続ドラマ『息もできない夏』の主題歌に起用され、バンド史上初のテレビドラマ主題歌となった。

2013年7月3日には、初のベスト盤である『BUMP OF CHICKEN I <1999-2004>』・『BUMP OF CHICKEN II <2005-2010>』を発売。8月9日には地元千葉のQVCマリンフィールドにて自身初のスタジアムライブともなる「ベストアルバム発売記念ライブ」を開催。当日の模様はYouTubeを通じて全編がネット生中継された。並行し、実写映画『ガッチャマン』の主題歌に提供した新曲「虹を待つ人」を、自身初となる配信限定シングルとして8月21日にリリース[15]。

2013年9月9日からアリーナツアー「WILLPOLIS 2013」を行い、ツアーファイナルとなった自身初の日本武道館ライブ（10月28日、29日）にて、2014年1月下旬にニューアルバム『RAY』のリリースを発表（ただし、2013年12月20日に、2014年の全国ツアーの開催決定と共に『RAY』の発売が2014年3月12日に延期されることが発表された）。収録予定の新曲「ray」もステージ上で初披露した[16]。

2014年3月12日に、前作から3年3か月ぶりとなるオリジナル・アルバム『RAY』をリリース。同日、収録曲「ray」の別バージョンとして、バンド史上初のフィーチャリング・アーティストとして初音ミクを迎え、配信限定リリース。3月20日、公式サイトにて藤原が肺気胸で入院していたことが判明[17]。同月31日に予定されていた新木場での単独ライブは7月15日に延期となることが発表された[17]。藤原の病状が心配されたが、4月5日にアリーナツアー「WILLPOLIS 2014」がスタート。6月28日には台湾公演、7月31日にはツアーファイナルとして東京ドーム公演が行われた。また、ドーム公演の最後に披露された新曲は、明けて8月1日深夜零時より配信限定シングル「You were here」としてリリースされた。前後して7月25日に『ミュージックステーション』（テレビ朝日）に初出演。地上波の生放送で初めて楽曲を披露した[18]。

この一連のツアーの模様、特に東京ドーム公演までの軌跡が、同年10月にNHKのドキュメンタリー番組として取り上げられた。また、2015年2月4日に発売されるライブ&ドキュメンタリー映像作品『BUMP OF CHICKEN WILLPOLIS 2014』に先駆け、2014年12月5日から2週間限定で、バンド史上初めてのドキュメンタリー映画となる『BUMP OF CHICKEN "WILLPOLIS 2014" 劇場版』を劇場公開[19]。この映画の前売り券販売は、初日2日間の売り上げが近年公開された全ての東宝系映画でナンバーワンとなった[20]。
2014年 - 2016年:『Butterflies』