Pussycat Dolls

Em Maio de 2003 se juntou ao grupo burlesco Pussycat Dolls, que estavam se tornando artistas de gravação. Ela viu o grupo pela primeira vez no programa The Late Show with David Letterman, em Novembro de 2002, onde Carmen Electra cantou "Big Spender" do musical Sweet Charity. As Pussycat Dolls agora têm um status mundial como um popular grupo de cantoras; oito de suas canções já estiveram no Billboard entre as 20 melhores: "Don`t Cha", "Beep", "Stickwitu", "Buttons", "Wait a Minute" , "When I Grow Up", "I Hate This Part" e "Jai Ho". O álbum PCD foi platina-dupla em 2006. Nicole cantou quase todos os vocais principais do álbum, com Melody Thornton e Carmit Bachar contribuindo também.

Nicole é o único membro do grupo com créditos de compositora em PCD; co-escreveu "I Don`t Need a Man" com Kara DioGuardi e produção de Rich Harrison, e co-escreveu "Buttons" com a produção de Sean Garrett. Outra colaboração com DioGuardi, "Flirt", se tornou o lado-B de "Stickwitu" e uma canção bônus em PCD.

Em 2006, Nicole saiu em excursão com as Pussycat Dolls para a promoção do álbum PCD. Foi revelado que as Dolls são assalariadas da Interscope Records, dando a elas um nível de controle elevado sobre as finanças e decisões empresariais do grupo.