Jej drugim filmem z 2004 roku był Pamiętnik, adaptacja popularnej powieści Nicholasa Sparksa. Wraz z Ryanem Goslingiem zagrali parę kochanków z lat 40. XX wieku, rozdzieloną przez koleje losu. Pomimo „ckliwej” historii, krytycy byli pod wrażeniem postaci wykreowanych przez McAdams i Goslinga. Recenzent „The New York Times” napisał: „Ich gra jest tak spontaniczna i porywająca, że szybko utożsamiasz się z lekkomyślnymi kochankami, uosabiającymi niewinność, która całkowicie zniknęła z życia amerykańskich nastolatków. Wbrew zdrowemu rozsądkowi, dopingujesz parze w pokonywaniu przeciwności losu”. Film nieoczekiwanie stał się przebojem. McAdams otrzymała nominacje do kilku nagród, głównie do MTV Movie Awards i Teen Choice Awards. „Jestem bardzo wdzięczna, że mogłam zagrać w filmie, na który ludzie zareagowali w taki sposób”, powiedziała magazynowi „Elle” w 2011 roku. „To była wielka sprawa”.
W 2005 roku wystąpiła w trzech filmach. W komedii romantycznej Polowanie na druhny zagrała drugoplanową rolę Claire Cleary, córki wpływowego polityka i obiekt uczuć postaci granej przez Owena Wilsona. Film osiągnął sukces kasowy, zarabiając ponad 285 mln dolarów na całym świecie.