Le , Adamek bat pour la 1redéfense de son titre l'allemand Thomas Ulrich par KO à la 6ereprise[2]. Vainqueur une 2efois de Briggs le [3], il est détrôné par Chad Dawson le [4].
Le boxeur polonais poursuit sa carrière en lourds légers et bat notamment O'Neil Bell le au 8eround[5] avant de remporter le la ceinture IBF aux dépens de Steve Cunningham[6]. Il conserve cette ceinture en battant l'américain Jonathon Banks le (arrêt de l'arbitre à la 8ereprise)[7] puis Bobby Gunn le (arrêt de l'arbitre à la fin de la 4ereprise)[8].
Adamek laisse son titre vacant le pour affronter en poids lourds le son compatriote Andrew Golota, ceinture IBF International en jeu. Il l'emporte par arrêt de l'arbitre au 5eround[9] puis confirme ce succès en dominant aux points l'américain Jason Estrada le [10] puis Chris Arreola le (il s'empare alors du titre nord américain NABO), Michael Grant le , Vinny Maddalone le [11] et Kevin McBride le .
Le , il affronte Vitali Klitschko pour le titre de champion du monde WBC au stade municipal de Wrocław mais s'incline par arrêt de l'arbitre au 10eround. Le , il est opposé à Eddie Chambers, et remporte le combat par décision unanime des juges[12]. Tomasz bat ensuite au 5eroundTravis Walker le puis Steve Cunningham de peu aux points le , la décision étant controversée[13]. Après un nouveau succès contre Dominick Guinn, il s'incline aux points face à Vyacheslav Glazkov le puis contre Eric Molina au 10eround le .