W 2002 roku rozpoczęła współpracę z Williamem Galisonem, zaś jednym z jej efektów był album "Got You On My Mind" wydany dwa lata później. Znalazły się na nim takie utwory jak "The Way You Look Tonight" czy "Jealous Guy". W tym samym czasie ukazał się też kolejny solowy album Madeleine: "Careless Love", na którym piosenkarka zaprezentowała m.in. utwory: "Dance Me To The End Of Love" z repertuaru Leonarda Cohena oraz "J'ai Deux Amours" wykonywaną wcześniej przez Josephine Baker.
Dwa lata później ukazała się płyta "Half the Perfect World", nagrana w składzie: MP, Dean Parks (gitara), David Piltch (bas), Jay Bellerose (bębny), Scott Amendola (perkusja), Sam Yahel – klawisze, Gary Foster (saksofon) i inni, zaś nad produkcją czuwał Larry Klein. Tu z kolei pojawiły się utwory z repertuaru takich wykonawców jak Anjani, Serge Gainsbourg, Johnny Mercer i …Charlie Chaplin oraz duet z K.D. Lang – w piosence Joni Mitchell zatytułowanej "River".
W 2009 roku ukazal się album "Bare Bones, który uchodzi za najbardziej osobisty album w dorobku Peyroux. Produkcją zajął się Larry King, zaś wokalistka brała udział w komponowaniu całego materiału. Na albumie znalazło się łącznie 11 utworów.
W marcu 2011 roku na specjalnym koncercie wokalistka zaprezentowała kilka nowych kompozycji, które znalazły się na albumie "Standing on the rooftop". Płyta do sprzedaży trafiła w czerwcu. Dzięki producentowi albumu, Craigowi Streetowi oraz udziałowi Marka Ribota i Me'shell Ndegeocello, Peyroux mogła zabrać swoich fanów w podróż do nowych brzmień jazzu i całkiem nowej wrażliwości. Album zawiera między innymi melancholijną wersję dawnego przeboju The Beatles "Martha, My Dear" oraz nową kompozycję, "The Things I've Seen Today," która powstała we współpracy z piosenkarką i skrzypaczką, Jenny Scheinman. Oprócz udziału wyżej wspomnianych muzyków na płycie wystąpili ponadto: Charley Drayton na perkusji i gitarzysta, Chris Bruce.
Sarah McLachlan • Leonard Cohen • Anjani • Serge Gainsbourg • Joni Mitchell • The Beatles