2005 arbeitete Peter Sarsgaard an vier verschiedenen Filmprojekten, darunter die beiden Thriller The Skeleton Key und Flight Plan – Ohne jede Spur an der Seite von Kate Hudson bzw.Jodie Foster, Craig Lucas' Spielfilmdebüt The Dying Gaul mit Patricia Clarkson sowie Sam Mendes' Antikriegsfilm Jarhead – Willkommen im Dreck, der von den Erlebnissen eines US-Marines während des Zweiten Golfkriegs im Jahr 1990 handelt.
2007 spielte Sarsgaard erneut in mehreren Filmen mit. In Rawson Marshall Thurbers Abenteuerfilm The Mysteries of Pittsburgh sind Sienna Miller, Mena Suvari und Nick Nolte seine Filmpartner. Gavin Hoods Thriller Machtlos (2008) mit Jake Gyllenhaal, Reese Witherspoon, Meryl Streep und Alan Arkin handelt von einem ägyptischen Ingenieur, der auf dem Flug von Afrika in die Vereinigten Staaten spurlos verschwindet.
Sarsgaard mit seiner Ehefrau Maggie Gyllenhaal im Oktober 2009
Peter Sarsgaard ist seit dem 2. Mai 2009 mit der Schauspielerin Maggie Gyllenhaal verheiratet, die er 2003 bei den Dreharbeiten zu der unveröffentlichten Low-Budget-Produktion In God's Hands kennenlernte. Beide standen 2006 auch gemeinsam für Andrew Zuckermans Kurzfilm High Falls (2007) vor der Kamera. Am 3. Oktober 2006 kam Sarsgaards und Gyllenhaals gemeinsame Tochter zur Welt.
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