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O novo século trouxe ventos de mudança ao basquetebol. A criação da Euroliga, as alterações nas regras e na composição dos plantéis e a internacionalização da NBA. Para a secção, esta década ficou caracterizada pela sua ambição em aumentar o palmarés e o prestígio do clube.
Na temporada 2000-01 nasceu uma nova competição: a Euroliga. Com ela, os clubes adaptavam a histórica Taça dos Campeões Europeus (depois também apelidada de Liga Europa) aos novos tempos. O jogo inaugural foi um Real Madrid-Olympiakos, disputado no antigo pavilhão da Cidade Desportiva, rebaptizado Raimundo Saporta em 1999. Não foi obra do calendário mas sim um reconhecimento ao clube rei da Europa.
Da extensa lista de finais disputadas pelo Real Madrid ao longo da sua história, a da ACB de 2005 foi uma das mais impressionantes. A série que decidiria o título contra o Tau chegou ao quinto encontro, disputado em Vitória. O duelo foi equilibrado, mas nos minutos finais a equipa da casa conseguiu fugir no marcador. Com uma vantagem de oito pontos a 42 segundos da conclusão, os seus adeptos já festejavam a conquista da Liga. O Madrid não se rendeu, combinou ataques rápidos com boas acções defensivas e deu a volta ao marcador. Alberto Herreros assinou o 69-70 final com o triplo do canto que passou à história. Por ter significado o título e por ter sido a sua última acção enquanto jogador de basquetebol. O extremo madrileno terminou a sua carreira como melhor marcador da história da ACB (8.995 pontos) e passou a integrar a direcção desportiva da secção.
En 2006 el Real Madrid le confió el equipo a Joan Plaza, que había sido entrenador asistente hasta la temporada anterior. El resultado de ese movimiento fue la creación de un bloque que arrasó en la ACB con jugadores que han pasado a la historia de la sección como Felipe Reyes (MVP de la final) y Louis Bullock. En 2007 el Madrid también consiguió la Copa ULEB, el primer título europeo desde 1997. Otro de los éxitos de esa temporada fue la apuesta por un joven base llamado Sergio Llull.