Em abril de 2007, Justin tem sido visto entrando em estúdios de Londres com Madonna, ele confirmou os rumores de que estava colaborando com a pop star. Revelou ainda; "estamos trabalhando em 5 ou 6 músicas realmente muito boas, algumas finalizadas, outras não e nós vamos voltar em julho para terminar mais algum material". Quando perguntaram se ele poderia cantar com Madonna, ele disse, "possivelmente, sim".
Em 17 de março de 2008, Timberlake também lançou o single "4 Minutes", um dueto com Madonna. A canção é do décimo primeiro álbum da Madonna, Hard Candy, que teve colaborações de quatro outras composições e produções de Justin Timberlake. O single foi um hit internacional, alcançando número um na United World Chart e em vários países como Alemanha, Austrália, Bélgica, Brasil, Bulgária, Canadá, Dinamarca, Finlândia, Holanda, Itália, Noruega, Suécia, Suíça e Reino Unido, também chegou ao Top 5 na Áustria, França, Irlanda, Japão, Nova Zelândia e Estados Unidos. Timbelake também apareceu no clipe da música, dirigido por Jonas & François. Em 30 de abril de 2008, Timberlake cantou a música na Hard Candy Promo Tour, no Roseland Ballroom em Nova York.16
Justin Timberlake 2011 AA - Cropped.jpg
Justin Timberlake em 2011.
Por volta de junho de 2007, Timberlake foi o co-escritor, produtor e participante das faixas Nite Runner e Falling Down do Duran Duran, em seu álbum; Red Carpet Massacre, lançado em 13 de novembro de 2007 nos EUA. Falling Down foi lançado um dia antes como single no Reino Unido.17
Com o encerramento da turnê 'FutureSex/LoveSounds' da Austrália em novembro de 2007, Timberlake resumiu-se na sua carreira de filme. Projetos em 2008, foram estrelados nos papéis de Mike Myers na comédia O Guru do Amor (The Love Guru) e no drama de Mike Meredith The Open Road. Em março de 2008, anunciou que seria o produtor executivo em um adaptação americana do hit da comédia peruana My Problem with Women da NBC.18
Em 2008, Timberlake colaborou na música "Dead and Gone" para o sexto álbum de estúdio do rapper T.I., Paper Trail, que foi lançado como quarto single em 4 de janeiro de 2009. Essa canção chegou a segunda posição na Billboard Hot 10019 por cinco semanas e foi indicada para o 52º Grammy Awards nas categorias "Best Rap/Sung Collaboration" e "Best Rap Song".
Em novembro, foi confirmado que Timberlake faria uma participação e produção de poucas faixas do álbum Fantasy Ride da cantora de R&B/Pop, Ciara, lançado em maio de 2009.
Em 20 de novembro de 2008, foi ao ar um reportagem da TV Guide que revelou o próximo single de Esmée Denters, juntamente com Justin que participará nos vocais; Follow My Lead. Estará disponível para download através do MySpace. Todos os procedimentos ocorrerão na Shriners Hospitals for Children, uma caridade pediátrica para crianças doentes.20
Em 2009, Justin fez uma participação especial no single "Don´t Let me Down" do novo álbum "Echo" da cantora britânica Leona Lewis. O Single é uma parceria que será apresentado mundialmente em 2010. Em 2010 ele também fez uma participação na música do cantor e compositor Timbaland chamada "Carry Out"
