В 2002 Стивен Спилберг выбрал Дакоту на главную детскую роль в научно-фантастическом минисериале «Похищенные». К этому времени она уже успела получить несколько положительных отзывов от критиков, в частности от Тома Шэйлза из «The Washington Post». В этом же году Фэннинг появилась в трёх фильмах: в роли жертвы похищения в «24 часа», играя персонаж Риз Уизерспун в детстве в «Стильной штучке» и в роли Кэти в фильме «Гензель и Гретель». А в 2003-м отличилась исполняя роли очень взрослого ребёнка со взбалмошной няней Бриттани Мёрфи в «Городских девчонках» и Салли в комедии «Кот». Также в этот период была занята в озвучке англоязычной диснеевской версии 2005 года японского мультфильма «Мой сосед Тоторо», а также по одному эпизоду в сериалах «Гриффины» и «Лига Справедливости».
В 2004 появляется в фильме «Гнев», где она играет роль девятилетней девочки Питы, которую похитила мексиканская банда, в то время как её должен был защищать наёмный телохранитель Дензел Вашингтон. «Игра в прятки» был первым фильмом, вышедшем в 2005, где Дакота сыграла с Робертом Де Ниро. Также в этом году она озвучила Лило (после Дэйви Чейз) в вышедшем на видео мультфильме «Лило и Стич 2: Большая проблема Стича». Дакота снялась в небольшой роли в фильме Родриго Гарсиа «Девять жизней», где у неё была непрерывная девятиминутная сцена с актрисой Гленн Клоуз, которая позже восторженно отозвалась о Дакоте. И в это же время Фэннинг озвучила свой персонаж для будущего мультфильма «Коралина в Стране Кошмаров».
Дакота на International Film Festival в Торонто в 2008 году
В конце октября 2004 Дакота завершила съемки в «Мечтателе» с Куртом Расселом в главной роли. После чего Рассел, игравший отца персонажа Дакоты, сказал, что она была его лучшей партнёршей за всю его карьеру. Затем была роль в фильме «Война миров» совместно с Томом Крузом, и сразу без перерыва Дакота поехала на съёмки «Паутины Шарлотты», закончив сниматься в мае 2005 в Австралии.
Летом 2006 Фэннинг была занята на съёмках фильма «Затравленная», а после выхода фильма подверглась критике за сцену изнасилования её персонажа, на что Дакота ответила «Рейтер», что «Это не случилось по-настоящему. Это кино. Это называется актёрское мастерство.».
В 2006 в возрасте 12 лет Дакота Фэннинг была приглашена присоединиться к Академии кинематографических искусств и наук, став самым молодым членом академии за всю историю. Заработав в 2006 $4 миллиона, она попала на 4-е место в списке «Forbes» топ-звёзд в возрасте до 21-го года.
В марте и апреле 2007 снималась в фильме «Полет длиною в жизнь» с такими звёздами первой величины как Кейт Бекинсэйл, Гай Пирс, а также с оскароносными Форестом Уитакером и Дженнифер Хадсон. Она сыграла Энн Хэген, девушку, ставшую свидетелем в убийстве отца и впоследствии обратившуюся к религии. А в июле 2007 в течение трёх дней снималась в короткометражном фильме Кейт Хадсон «Cutlass». С сентября по декабрь 2007 Дакота работает над съёмками научно-фантастического фильма «Пятое измерение» о группе экстрасенсов, которым при рождении были даны различные способности и которые пытаются разрушить планы зловещей корпорации.
В январе 2008 начала съёмки в адаптации одноимённой новеллы Сью Монк Кидд «Тайная жизнь пчел». Снялась в 2009—2010 гг. в небольшой роли вампира Джейн во второй и третьей частях «Сумеречной саги» («Новолуние» и «Затмение» соответственно), а также повторит свою роль в продолжении «Рассвет», снятых по произведениям Стефани Майер.
В 2010 вышел фильм «The Runaways» с участием Дакоты, Кристен Стюарт, Стеллы Маив и Скаут Тэйлор-Комптон, где Фэннинг играет Шери Кэрри, лидера группы вокалистку The Runaways.
С декабря 2010 года актриса снимается в двух последних фильмах «Сумеречной саги».
Также велись переговоры о её участии в новом фильме, экранизации романа Гейла Формена «If I Stay» («Если я останусь»). Фильм должен быть снят кинокомпанией Summit Entertainment под руководством бразильского режиссера Хейтора Дхалия, хотя первоначально этим должна была заняться Кэтрин Хардвик. Дакота должна была сыграть девушку Мию, которая обожает классическую музыку и у нее есть парень — звезда рока. Мия не может выбрать между музыкой и любовью, но ей приходиться столкнуться с трудным выбором между жизнью и смертью. Однако Дакота покинула проект из-за желания без больших нагрузок закончить школу весной 2011 года.
В феврале 2011 года появилась информация, что Дакота снимется сразу в трёх фильмах: «Girls' Night Out» — фильм Майкла Хоффмана, где Дакота сыграет сестру королевы принцессу Маргарет в подростковом возрасте, которой вместе с сестрой разрешают покинуть Букингемский дворец на одну ночь, чтобы присоединиться к народному празднованию победы во Второй мировой войне.[25][26]. «The Motel Life» — фильм снятый по одноименному роману. В этом фильме Дакота сыграет вместе со Стивеном Дорфом, который играл отца героини сестры актрисы Эль в фильме «Где-то», и Эмилем Хиршем. «Mississippi Wild» — инди-триллер, в котором актрисе предстоит сыграть девушку главного героя, которые убегают от гангстеров, после кражи бриллиантов.
