Em 2002, Tomas Berdych subiu mais de 800 posições e passou do número 1.379 ao 532, e também ganhou seu primeiro título de Jovens Promessas tcheco. Chegou às quartas-de-final no Challenger de Praga-2.
No ano seguinte, continuou sua escalada no ranking da ATP, subindo mais de 200 posições desde o ano anterior. Conseguiu um registro de 25-10 em partidas do Challenger, ganhando os títulos em Budaörs e Graz. Estreou na ATP classificando-se para o Aberto dos Estados Unidos e chegou à segunda etapa em seu primeiro torneio do Grand Slam, quando perdeu para Chela. Chegou a três semifinais consecutivas nos Challengers de Weiden, Braunschweig e Oberstaufen.
Em sua estréia na Copa Davis, ganhou em duplas da Tailândia na partida de desempate do Grupo Mundial, com Novak como parceiro. Ganhou dois títulos de duplas do Challenger, em Sarajevo e Praga, e foi vice-campeão em Budaörs.
Em 2004, Tomas Berdych terminou como o terceiro melhor tenista da República Tcheca, atrás de Novak e Stepanek, e conquistou o primeiro título da ATP de sua carreira em Palermo, para terminar no Top 50 pela primeira vez.
Também ganhou três títulos Challenger em Besançon, Weiden e Braunschweig, e chegou às semifinais no Challenger de Sarajevo. Foi às quartas-de-final nas Olimpíadas de Atenas com vitórias sobre Mayer, o número 1 Roger Federer (foi o último jogador que o venceu nesse ano) e Robredo, antes de perder para Dent. Duas semanas mais tarde, chegou à quarta etapa do Aberto dos Estados Unidos, perdendo para Haas. Ganhou a partida de desempate no Grupo Mundial da Copa Davis enfrentando o paraguaio Delgado. Terminou o ano com um registro de 20-4 no circuito Challenger.
Em 2005, conseguiu ser o tenista número 1 da República Tcheca pela primeira vez, destacando-se por seu primeiro título em um Masters da ATP. Melhorou seus resultados pela quarta temporada consecutiva, e completou a primeira metade do ano com uma marca de 12-19, com seu melhor resultado em Wimbledon, onde chegou à terceira etapa.
Quatro meses depois, conquistou uma marca de 20-10 com o vice-campeonato em Bastad, perdendo para Nadal em três sets. Além disso, chegou às quartas-de-final em Stuttgart, onde o eliminou Davydenko, e às semifinais em Washington, perdendo para Blake. Na terceira etapa do Aberto dos Estados Unidos, foi derrotado por Agassi.
No Grupo Mundial da Copa Davis, ganhou dos alemães Haas e Kiefer, mas sua equipe perdeu por 3-2 no desempate. Seu melhor momento ocorreu em Paris, quando derrotou de forma consecutiva cinco rivais colocados entre os 20 melhores, incluindo o número 7 Coria, Ferrero, Gaudio, Stepanek e o número 10 Ljubicic, em cinco sets. Também subiu do número 50 ao 25.
Conseguiu um registro de 12-11 no saibro, 12-14 no cimento, 7-1 em grama sintética e 3-3 na grama, além de uma marca de 3-8 em partidas contra adversários posicionados entre os dez melhores, ganhando de Nadal em Cincinnati e de Coria e Ljubicic em Paris.