Wkrótce jednak, z powodu licznych kontuzji w zespole, Joe Cole znalazł miejsce w podstawowym składzie i stał się jednym z motorów napędowych drużyny, która zdobyła mistrzostwo Anglii oraz Puchar Ligi Angielskiej w 2005 roku. W 28 meczach tego sezonu, Cole zdobył 8 bramek, w tym uznaną za jedną z najpiękniejszych w meczu z Norwich City. W kolejnym sezonie potwierdził swoją pozycję w zespole, współpracując między innymi z Frankiem Lampardem i Arjenem Robbenem. W 34 meczach zdobył dla Chelsea 8 goli, występował w Lidze Mistrzów i przyczynił się do zdobycia kolejnego mistrzostwa Anglii. W czerwcu 2006 roku przedłużył kontrakt z klubem na kolejne 4 lata. 21 maja 2008 roku, brał udział w przegranym po rzutach karnych finale Ligi Mistrzów z Manchesterem United. Piłkarzowi latem 2010 wygasł kontrakt z Chelsea. Joe Cole poinformował wówczas zarząd tego klubu, że ma zamiar wykorzystać instytucję wolnego transferu i rozważa możliwość przejścia do Arsenalu. Oficjalna strona Chelsea, 9 czerwca 2010 roku potwierdziła, że Joe Cole wraz z wygaśnięciem kontraktu opuści klub Romana Abramowicza. Tym samym 1 lipca 2010 roku, stał się wolnym zawodnikiem. 19 lipca 2010 roku, na zasadzie wolnego transferu przeszedł do Liverpoolu F.C., z którym podpisał czteroletni kontrakt. 31 sierpnia 2011 roku, przeszedł na zasadzie wypożyczenia do Lille OSC.