O Lewis βρισκόταν στην καλύτερη ομάδα της Formula 3 Euro Series το 2005 και τα προγνωστικά έλεγαν ότι δεν πρόκειται να τον σταματήσει κανείς να κατακτήσει τον τίτλο και πραγματικά, έτσι συνέβη, με τον Βρετανό να κατακτά 16 νίκες σε 20 αγώνες εκείνη τη σεζόν. Στο δεύτερο αγώνα στο Spa, πραγματοποίησε ένα ανατριχιαστικό προσπέρασμα επί του team mate του, Adrian Sutil από την εξωτερική στην Eau Rouge, ενώ στο βρεγμένο Nurburgring έγραφε χρόνους 2-3 δευτερόλεπτα ταχύτερους των υπολοίπων, καθησυχάζοντας την ομάδα του που από τον ασύρματο του συνιστούσε να είναι πιο προσεκτικός και ότι δε χρειάζεται να ακολουθεί αυτό το φρενήρη ρυθμό.
Μετά την κυριαρχία του στη Formula 3 Euro Series, η μετάβαση στο GP2, με την αδελφή ομάδα ART, την οποία μαζί με το αφεντικό της ASM, Alexandre Vasseur διαχειρίζεται και ο γιος του τότε διευθυντή της Ferrari, Jean Todt, Nicolas και η οποία είχε κατακτήσει τον τίτλο της πρώτης σεζόν του θεσμού με τον Nico Rosberg, ο οποίος πλέον είχε μεταβεί στη Formula 1. Aπό το πρώτο του τεστ με το 600 ίππων μονοθέσιο ήταν ταχύτατος, ενώ εξανέμισε σύντομα οποιεσδήποτε αμφιβολίες υπήρχαν ότι δε θα μπορέσει να διατηρήσει το προβάδισμα αυτό και με ελαστικά με αυλακώσεις στα οποία θα στρεφόταν το πρωτάθλημα το 2006. Στόχος του ήταν να παραμείνει στο GP2 μονάχα μια και όχι δυο σεζόν, όπως είχε συμβεί με τις προηγούμενες δυο κατηγορίες από τις οποίες είχε περάσει. Παρά τις αδιαμφισβήτητες ικανότητες της ART, εντός της ομάδας διαδραματιζόταν μια τραγωδία, καθώς ο επικεφαλής μηχανικός της ομάδας βρισκόταν στο νοσοκομείο βαριά άρρωστος και δε θα επιζούσε μέχρι το τέλος της χρονιάς. Ωστόσο, ο Hamilton έφερε έναν άλλο αέρα στην ομάδα και την βοήθησε να ξεπεράσει αυτή τη δύσκολη φάση, δημιουργώντας κίνητρα για όλους. Ήταν ένα ακόμα στοιχείο ενός πραγματικού πρωταθλητή, ο οποίος γνώριζε πώς να συνεπάρει τους μηχανικούς του αντλώντας το μέγιστο των δυνατοτήτων τους.
Στο ντεμπούτο του στο GP2, στη Valencia, ο Lewis τερμάτισε 2ος, ωστόσο θα έπρεπε να περιμένει έως τον τρίτο γύρο της σεζόν, στο Nurburgring για να γευτεί τη χαρά της νίκης, σε έναν αγώνα όπου είχε αναπτύξει τόσο μεγάλη διαφορά από τους υπόλοιπους, που ακόμα και μια ποινή διέλευσης από το pit lane για την υπέρβαση του ορίου ταχύτητας σε αυτό, κατευθυνόμενος προς το υποχρεωτικό pit stop του τον έριξαν μονάχα δεύτερο, πίσω από τον team mate του, Alexandre Premat, τον οποίο και προσπέρασε για να δει πρώτος την καρό σημαία. Στον επόμενο γύρο του πρωταθλήματος, στη Βαρκελώνη, τέθηκε επικεφαλής στη βαθμολογία και επέδειξε τη γνωστή σε όσους τον ήξεραν και απρόσμενη για τους υπόλοιπους ψυχραιμία του, όταν ο Premat τον χτύπησε ωθώντας τον σε τετ-α-κέ στον τελευταίο γύρο και αποσπώντας του τη νίκη, απαντώντας ότι το λάθος ήταν δικό του, διότι αν δεν είχε κάνει κακή εκκίνηση, ο Γάλλος δε θα βρισκόταν τόσο κοντά του για να κάνει κάτι τέτοιο. Στο Μονακό ήταν απλά απλησίαστος, ενώ ένα διπλό προσπέρασμα με μια κίνηση στη Maggotts του Silverstone, καθ’ οδόν για τη δεύτερη νίκη στην πατρίδα του εκείνο το Σαββατοκύριακο έδωσε σε πολλούς να καταλάβουν ότι δεν πρόκειται για έναν οποιονδήποτε οδηγό. Οι φήμες για την μετάβασή του στη Formula 1 ξεκίνησαν αμέσως μετά την αποχώρηση του Juan Pablo Montoya από τη McLaren, με τον Anthony να πιέζει τη βρετανική ομάδα να κάνει κάποια δέσμευση. Παράλληλα, οι προβολείς είχαν στραφεί επάνω του για τα καλά πλέον και ίσως αυτό επηρέασε την απόδοσή του στους επόμενους αγώνες, για να κάνει έναν εκπληκτικό αγώνα στην Τουρκία όπου έπειτα από ένα τετ-α-κέ που τον έριξε 16ο κατάφερε να περάσει τη γραμμή του τερματισμού δεύτερος, ισοπεδώνοντας όλους σχεδόν τους αντιπάλους του, επίδειξη που επέφερε τα συγχαρητήρια ακόμα και από τον Michael Schumacher. Στη Monza, τον τελευταίο γύρο της σεζόν, ο Hamilton εξασφάλισε τον τίτλο του GP2 και το επόμενο λογικό βήμα δεν ήταν άλλο από την Formula 1.
Mε την αποχώρηση του Montoya, υπήρχε μια κενή θέση στη McLaren για το υπόλοιπο της σεζόν του 2006, την οποία κάλυπτε ο οδηγός δοκιμών της ομάδας, Pedro de la Rosa. H McLaren έκρινε όμως ότι ο Hamilton δεν ήταν κατάλληλα προετοιμασμένος να αγωνιστεί το 2006 και έτσι ο Ισπανός βετεράνος έτρεξε σε όλους τους αγώνες μέχρι το τέλος της σεζόν. Για το 2007, η βρετανική ομάδα είχε ήδη υπογράψει συμβόλαιο με τον Fernando Alonso, ενώ ο Kimi Raikkonen ήταν σχεδόν σίγουρο ότι θα μετέβαινε στη Ferrari, οπότε το δεύτερο cockpit της McLaren έμοιαζε ελεύθερο για τον Lewis να το καταλάβει. Κατά την προετοιμασία του για το δεύτερο αγώνα της Monza, το Σαββατοκύριακο όπου ο Michael Schumacher ανακοίνωσε την αποχώρησή του από το σπορ και η Ferrari επιβεβαίωσε ότι ο Kimi Raikkonen θα τον αντικαθιστούσε, ο Ron Dennis είπε στον Hamilton ότι «θα του έδινε μια ευκαιρία».
Ο Lewis οδήγησε στις επόμενες δοκιμές εξέλιξης στο Silverstone το μονοθέσιο της McLaren και ήταν ταχύτερος του Pedro de la Rosa την τελευταία ημέρα. Έγινε συζήτηση για το αν ο Lewis θα μπορούσε να αγωνιστεί στα τρία τελευταία Grand Prix στης σεζόν του 2006, την οποία ο ίδιος απέρριψε πρώτος, αναγνωρίζοντας ότι δεν είναι κατάλληλα προετοιμασμένος. Ωστόσο, λίγες ημέρες αργότερα, η McLaren επιβεβαίωσε στον Lewis ότι θα είναι ο team mate του Alonso το 2007, κάτι που ήταν αντίθετο με την γενική τακτική της McLaren να μην προσλαμβάνει άπειρους οδηγούς, αλλά με έναν παγκόσμιο πρωταθλητή στο άλλο μονοθέσιο, ήταν πιο εύκολο να συμβεί. Ωστόσο, η McLaren είχε ήδη ξοδέψει γύρω στα 5 εκατομμύρια ευρώ στην καριέρα του Hamilton, ενώ υπήρχε και ένας συναισθηματικός δεσμός στη μέση. Οι απολαβές του θα ήταν κάτι λιγότερο από μισό εκατομμύριο ευρώ στην πρώτη σεζόν του στη Formula 1, ωστόσο υπήρχαν και μπόνους για καλές επιδόσεις και νίκες, ενώ υπήρχε και όρος αναδιαπραγμάτευσης, αν δεν είχαν επιτευχθεί συγκεκριμένες επιδόσεις μέχρι κάποιο στάδιο της σεζόν.
