Das neue Jahrtausend beginnt mit einem Jubiläum: Im Februar 2000 läuft der fünfmillionste BMW aus Dingolfing vom Band. Auch die frühen 2000er-Jahre am Standort sind von einer starken Aufbruchsstimmung geprägt: Das Werk erhält erhebliche Investitionen, um sich auf die große Markt- und Produktoffensive der BMW Group vorzubereiten. Ein neues Schulungs- und Entwicklungszentrum, ein Servicegebäude im Werk 02.10 sowie die neuen Produktionsstrukturen für die kommenden Modellgenerationen werden eingerichtet. 2001 erfolgt der Produktionsstart des neuen BMW 7er mit dem innovativen iDrive-Bedienkonzept sowie des neuen Rolls-Royce Phantom, für den Dingolfing als Expertenwerk für Aluminium die Karosserien liefert. 2003 kommen der neue BMW 5er und das brandneue 6er Coupé auf den Markt, ein Jahr später folgt die Cabrio-Variante. Im gleichen Jahr besucht der damalige bayerische Landeshauptmann Edmund Stoiber das Werk, um gemeinsam mit der BMW Belegschaft dessen 30-jähriges Bestehen zu feiern. Zwei Jahre später weiht er das große neue Dynamikzentrum ein, das das Werk 02.20 als Herzstück der Ersatzteillogistik von BMW ersetzt.
2007 ist es an der Zeit, 40 Jahre BMW in Niederbayern und sieben Millionen BMW Automobile aus Dingolfing zu feiern. 2008 kommt die nächste Generation der BMW 7er Reihe auf den Markt, ein Jahr später eine neue Variante der BMW 5er Reihe, der BMW 5er Gran Turismo. Erneut wird das Werk Dingolfing mit den J.D. Power Awards für seine Lieferqualität im Laufe des Jahrzehnts ausgezeichnet.
Gegen Ende der 2000er Jahre wirkt sich die globale Finanzkrise auf die Automärkte und damit auch auf das Werk Dingolfing aus. Die Produktionsleistung sinkt 2009 deutlich auf unter 200.000 Fahrzeuge pro Jahr. Für einen kurzen Zeitraum führt das Werk verkürzte Arbeitszeiten ein.