Nell'autunno dello stesso anno esce il tanto atteso primo album, dal titolo Attimo x attimo; il pezzo che dà il titolo al disco è una canzone originariamente scritta da Fio Zanotti per Mia Martini (scomparsa prima di poterla eseguire).

Attimo x attimo non supera le 10.000 copie, ma segna comunque un ottima partenza per un'artista di soli 16 anni.

Nel 2004 viene scelta dalla Disney per duettare ancora con Gigi D'Alessio  interpretando il brano Il mondo è mio, colonna sonora del film di animazione Aladdin.

Nello stesso anno instaura una collaborazione con il canale Video Italia dove debutta come presentatrice di un programma di dediche, che conduce per due anni.

Tra le tante partecipazioni a trasmissioni televisive e manifestazioni, va segnalata quella della XVII Giornata Mondiale della Gioventù, dove Anna interpreta Amazing Grace insieme a Tiziano Ferro, Raf e Antonella Ruggiero.

Nel 2005 Anna, torna al Sanremo con Ragazza di periferia, canzone scritta da D'Alessio con Vincenzo D'Agostino e Adriano Pennino.

La canzone ottiene un ottimo consenso e si classifica terza nella Categoria Donne.

Durante la partecipazione al Festival esce il suo secondo album anch'esso intitolato Ragazza di periferia.

L'album contiene tra gli altri i brani Qualcosa di te (in cui suona il basso Cesare Chiodo, autore Lucio Dalla), Dimmi dimmi (una ballata composta da Gigi D'Alessio ) e Quando due si lasciano. Le vendite aumentano e il disco raggiunge le 30.000 copie.

Nel 2006 Anna, debutta discograficamente in Sudamerica e in Francia e, per la quarta volta in cinque anni partecipa al Festival di Sanremo dove conquista il primo posto nella categoria donne con la canzone Essere una donna (Mogol-D'Alessio); affermazione che le permette di partecipare alla votazione finale, dove si classifica terza.

A pochi giorni dal Festival, esce una riedizione dell'album Ragazza di periferia, con la canzone sanremese e l'inedito Colpo di fulmine, che rimane stabile in classifica per diversi mesi e vende oltre 140.000 copie aggiudicandosi Dischi d'oro e di platino.

In estate gira l'Italia con il Tour estivo,prende parte a numerose trasmissioni televisive e manifestazioni varie, dove presenta il suo ultimo singolo Colpo di fulmine e viene premiata a Venezia al primo "Venice Music Award" come artista femminile rivelazione dell'anno.

Nel settembre del 2007 presenta a Miss Italia il suo nuovo singolo Averti qui, contenuto nell'album Mai dire mai, pubblicato il 2 novembre.

Questo è anche il primo album dove l'artista si cimenta come autrice dei suoi testi, e precisamente con i primi due singoli Averti qui e Lo so che finirà. Con il suddetto disco Anna raggiunge le 40.000 copie vendute in un solo mese e viene premiata con il Disco D'Oro.

Tra ottobre e novembre dello stesso anno è ospite nel tour americano di Gigi D'Alessio, con il quale, ad ottobre, duetta all'Olympia di Parigi. E dal 23 novembre viene trasmesso in radio il singolo Lo so che finirà, accompagnato da un videoclip girato a San Francisco.

Il 2008 vede la sua quinta partecipazione al Festival di Sanremo, dove si classifica al secondo posto con il brano Il mio amico dedicato a un suo amico gay, e che non ha mancato di suscitare critiche negative da parte di alcune associazioni omosessuali.[1] Nel corso del Festival duetta anche con Michael Bolton sempre con la canzone Il mio amico e il duetto viene inserito nel Repackaging di Mai dire mai.

La stessa canzone rimane nelle top ten dei singoli più venduti per ben 11 settimane consecutive ed è stabile al primo posto per 2.

Nel frattempo il disco Mai dire Mai supera le 100.000 copie e raggiunge anche il Disco di Platino.

A marzo comincia il suo primo tour teatrale in tutta Italia. Mentre dal 17 maggio parte il tour estivo che conta più di cinquanta date in tutta Italia più due finali in Svizzera, a settembre.

Dal 30 maggio viene trasmesso in radio il brano "Mai dire mai", scritto da Massimo Greco, già autore per lei di Colpo di fulmine e altri brani del suo album.

Il 28 novembre e il 5 dicembre 2008 Anna Tatangelo e Gigi D'Alessio condurranno due serate speciali, in prima serata, su Rai Uno, in uno show musicale, dove gli artisti si esibiscono nei loro più grandi successi con molte stars importanti, tra cui Vasco Rossi.