W ciągu kolejnych miesięcy nawiązał współpracę z Shakirą, dla której napisał większość piosenek na jej szóstą płytę zatytułowaną She Wolf, we wrześniu 2009 roku wyprodukował i częściowo napisał piosenkę „Fresh Out the Oven” dla Jennifer Lopez, a miesiąc później pojawił się gościnnie w utworze „Add Suv” z debiutanckiego albumu raperki Uffie zatytułowanego Sex Dreams and Denim Jeans. Pod koniec roku nawiązał zaczął pracę nad krążkiem The R.E.D. Album rapera Game’a, dla którego wyprodukował piosenkę „Mama Knows” z gościnnym udziałem Nelly Furtado.
2010-2012: Jak ukraść księżyc W lipcu 2010 roku Williams skomponował oficjalną ścieżkę dźwiękową do filmu Jak ukraść księżyc (ang. Despicable Me) wyprodukowanego przez Hansa Zimmera. Płyta została nagrana przy wsparciu Hollywood Studio Symphony. W październiku wyruszył razem ze swoim zespołem N.E.R.D jako wsparcie grupy Gorillaz podczas ich trasy koncertowej zatytułowanej Escape to Plastic Beach World Tour. W kolejnym miesiącu N.E.R.D wydał czwarty album studyjny pt. Nothing. thumb|Pharrell Williams podczas występu na festiwalu Pori Jazz, lipiec 2010 W 2011 roku Williams został współautorem dwóch piosenek umieszczonych na drugim albumie studyjnym Adama Lamberta – zatytułowanym Trespassing – „Trespassing” i „Kickin’ In”.