Xero затратила значительное время на поиски замены вокалу Марка, пока ребята не узнали об одном вокалисте, проживающем в Аризоне — Честере Беннингтоне. Через своего знакомого Джеффа Блю, вице-президента Zomba Music, музыканты позвонили Беннингтону и попросили выслать им свой вокал на демо-кассете. Беннингтон, оторвавшись от празднования своего дня рождения, записал демо кассету и дал прослушать её ребятам по телефону. Его уникальный голос произвёл на группу огромное впечатление. На следующий день Честер прилетел в Лос-Анджелес. После того, как Честер согласился присоединиться к группе, она стала называться Hybrid Theory. Идея о смешивании стилей вокала дала толчок для сочинения нового материала, что помогло возродить группу. Наступили времена перемен. У ребят возникли проблемы с британской электронной группой, которая имела название Hybrid и обвиняла их в плагиате, поэтому Честер Беннингтон придумал новое название для группы — Lincoln Park, потому что он постоянно ходил в студию именно через этот парк в Санта-Монике. Но домен lincolnpark.com был занят, и группа назвалась Linkin Park, получив домен linkinpark.com.

18 мая 2009 года вышел новый сингл Linkin Park под названием «New Divide». Трек был специально записан для фильма «Трансформеры: Месть падших», который вышел 24 июня. Клип на «New Divide» Linkin Park выпустили 13 июня. На You Tube этот клип набрал более 110 миллионов просмотров.

«New Divide» быстро сделала карьеру на радио, став третьим синглом, одновременно попавшим в Top 10 Billboard, Hot 100 и Alternative Charts (до этого момента такое удалось сделать только двум песням — Coldplay «Speed of Sound» и ещё одному треку «What I’ve Done» (который, кстати, был заглавным треком из саундтрека первых «Трансформеров»)). Кроме того, «New Divide» стала лучшей в карьере коллектива песней, дебютировавшей в Billboard Top 100, а также лучшим дебютным синглом в альтернативных чартах более чем за год. Linkin Park является одной из пяти групп, чьи три сингла дебютировали в Top 10 альтернативных чартов за всю их 20-летнюю историю. Кроме Linkin Park это удалось сделать U2, R.E.M., Pearl Jam, Red Hot Chili Peppers.

A Thousand Suns

Linkin Park в Москве на Красной площади (2011)

Четвёртый студийный альбом группы, релиз которого состоялся 14 сентября 2010. Альбом был слит в сеть за неделю до официального релиза — 7 сентября. Название альбома связано с атомной бомбой и концом света. Как и предыдущий альбом, новые треки были встречены неоднозначно, ввиду изменения звучания группы.

За первую неделю продаж альбом разошелся тиражом 523 тысяч экземпляров^[5] и возглавил Global Album Chart и Billboard Top 200, также пластинка помимо США возглавила альбомные чарты в 15 странах, в Великобритании альбом стал вторым. К концу 2010 года продажи A Thousand Suns в мире достигли 1 700 000 экземпляров^[6], в дальнейшем альбом признан самым продаваемым рок-альбомом года в США^[7] и самым успешным интернациональным альбомом в Японии^[8], в Германии группа получила награду Echo (music award) в номинации Gruppe Rock/Alternative international.^[9] Альбом также стал золотым^[10] по итогам продаж лицензионных CD в России за 2010 год, что значит, что число копий достигло 10 тысяч.

Первый сингл «The Catalyst» вышел 2 августа, отрывок трека группой был представлен в трейлере видео-игры «Medal of Honor», который срежиссировал Джо Хан, премьера полного сингла произошла на BBC Radio 1. 26 августа группа презентовала видеоклип «The Catalyst» на сайте mtv.com,^[11] режиссером также стал Джо Хан. Видео вошло в десятку лучших видеоклипов по версии MTV Best Of 2010 — Top 10 Most Watched Videos.^[12].
Через месяц после релиза дебютного сингла состоялась премьера промо-песни из A Thousand Suns — «Wretches And Kings»^[13], и в этот же день на официальном канале Linkin Park на YouTube был выложен новый эпизод LPTV под названием «Megaphone Brad», в котором показано, как Майк Шинода и Брэд Дэлсон работали над песней «When They Come For Me», и в нём можно услышать несколько отрывков из этой песни.

3 сентября Warner Music Group DE в своем официальном профиле на аудио-хостинге SoundCloud разместили 28-секундный отрывок из следующего сингла Linkin Park под названием «Waiting for the End»^[14]. 7 сентября полную версию этой песни группа представила на MySpace^[15], полноценный релиз произошел 1 октября 2010 года. Сингл позволил группе в десятый раз возглавить Billboard Alternative Songs^[16], также трек стал одним из самых проигрываемых синглов группы на радио. Видеоклип был номинирован на MTV Video Music Awards в категории «Лучшие спецэффекты»^[17].

22 февраля неожиданно состоялась премьера видеоклипа на третий сингл с альбома «Burning in the Skies», полноценный сингл вышел 21 марта 2011 года.

27 мая 2011 года состоялся релиз последнего сингла с A Thousand Suns — «Iridescent», трек является заглавным саундтреком фильма «Трансформеры 3: Тёмная сторона Луны», однако несколько отличается от альбомной версии^[18].