अक्टूबर 2001 में एथलॉन एक्सपी ने एएमडी के लिए फिर से एक स्पष्ट बढ़त कायम कर लिया था, लेकिन जनवरी 2002 में इंटेल ने 1.6 GHz, 1.8 GHz, 2 GHz और 2.2 GHz पर अपने नए नॉर्थवुड कोर के साथ पेंटियम 4 की श्रृंखला को जारी किया। "नॉर्थवुड" (उत्पाद कोड 80532) ने एक नयी 130 एनएम की संरचनात्मक प्रक्रिया में एक बदलाव के साथ एल2 कैश साइज में 256 केबी से लेकर 512 केबी की बढ़त (ट्रांजिस्टर की गिनती को 42 मिलियन से बढ़ाकर 55 मिलियन करते हुए) को शामिल किया। छोटे ट्रांजिस्टरों से प्रोसेसर को तैयार कर, प्रोसेसरों को उच्चतम क्लॉक गति या कम ताप उत्पन्न करते हुए उसी के समान गति से संचालित किया जा सकता था। उसी महीने में डीडीआर एसडीरैम (DDR SDRAM) के लिए समर्थन के साथ 845 चिपसेट का एक संस्करण जारी किया गया था जिसने पीसी133 एसडीरैम की बैंडविड्थ का दोगुना स्तर प्रदान किया।

2 अप्रैल 2002 को एक 2.4 GHz पेंटियम 4 को जारी किया गया और मई के महीने में 2.26 GHz, 2.4 GHz और 2.53 GHz मॉडलों, अगस्त में 2.66 GHz और 2.8 GHz मॉडलों और नवंबर में 3.06 GHz मॉडल के लिए बस की गति को 400 मेगाहर्ट्ज से बढ़ाकर 533 मेगाहर्ट्ज कर दिया गया। नॉर्थवुड के साथ पेंटियम 4 विकास के चरम पर पहुँच गया था। कार्यक्षमता के नेतृत्व की लड़ाई प्रतिस्पर्धी बनी रही (क्योंकि एएमडी ने एथलॉन एक्सपी के तीव्र संस्करणों को पेश किया था) लेकिन ज्यादातर पर्यवेक्षक इससे सहमत थे कि सर्वाधिक-तेजी से क्लॉक किया गया नॉर्थवुड-आधारित पेंटियम 4 आम तौर पर अपने प्रतिद्वंद्वी से कहीं आगे था। विशेष रूप से ऐसा उस स्थिति में था जब 2002 की गर्मियों में एएमडी के 130 एनएम उत्पादन प्रक्रिया में बदलाव ने थॉरोब्रेड-आधारित एथलॉन एक्सपी सीपीयू क्लॉक को उस हद तक तीव्र होने में मदद नहीं किया कि यह 2.4 से 2.8 GHz की श्रेणी में पेंटियम 4 की श्रेष्ठता से आगे निकल सके। 

3.06 GHz पेंटियम 4 ने पहली बार फॉस्टर-आधारित जिऑन में दिखाई दिए हाइपर-थ्रेडिंग टेक्नोलॉजी को हासिल कर लिया था, जो इसे कई थ्रेडों को निर्देश पाइपलाइन में अन्यथा अप्रयुक्त स्पॉट्स के अंदर फिट कर एक ही समय में संचालित करने में सक्षम बनाता था। प्रोसेसर को पेंटियम 4 एचटी के रूप में ब्रांड नहीं बनाया गया था जिसे बाद में जारी किया जाना था।

14 अप्रैल 2003 को इंटेल ने नए पेंटियम 4 एचटी प्रोसेसर को पेश किया। इस प्रोसेसर में एक 800 मेगाहर्ट्ज एफएसबी का इस्तेमाल किया गया था, इसे 3 गीगाहर्ट्ज़ पर क्लॉक किया गया था और इसमें हाइपर-थ्रेडिंग टेक्नोलॉजी (यही वह चीज थी जो एचटी उपनाम का प्रतिनिधित्व करती है) मौजूद थी। इसका मकसद एएमडी के प्रोसेसरों की ओप्टेरॉन श्रृंखला के साथ बेहतर 
प्रतिस्पर्धा में पेंटियम 4 की मदद करना था। हालांकि जब ऑप्टेरॉन को पेश किया गया था, इसके सर्वर-उन्मुख स्थिति वाले मदरबोर्ड के कारण निर्माताओं ने शुरुआत में एजीपी नियंत्रकों के साथ मदरबोर्डों का निर्माण नहीं किया था। क्योंकि उस समय एजीपी प्राथमिक ग्राफिक्स विस्तार पोर्ट था, इस छूटी हुई विशेषता ने ऑप्टेरॉन को पेंटियम 4 के मार्केट सेगमेंट में घुसपैठ करने से वंचित कर दिया। एथलॉन एक्सपी 3200+ की शुरुआत के साथ एएमडी ने एथलॉन एक्सपी की एफएसबी गति को 333 मेगाहर्ट्ज़ से बढ़ाकर 400 मेगाहर्ट्ज़ कर दिया था लेकिन यह नए 3 GHz पेंटियम 4 एचटी की पकड़ को कमजोर करने के लिए काफी नहीं था। पेंटियम 4 एचटी के बैंडविड्थ स्तर एथलॉन की पहुँच से काफी दूर थे जो इस बैंडविड्थ को उस स्थिति में हासिल कर सकता था अगर इसकी ईवी6 एफएसबी को उस समय पहुँच से बाहर रही गति पर क्लॉक किया गया होता। 2.4 GHz, 2.6 GHz और 2.8 GHz संस्करण 21 मई 2003 को जारी किए गए। 23 जून 2003 को एक 3.2 GHz संस्करण पेश किया गया और अंतिम 3.4 GHz संस्करण 2 फ़रवरी 2004 को आया।

शुरुआती कदम रखने वाले ओवरक्लॉकिंग नॉर्थवुड कोर एक चौंकाने वाली घटना के रूप में सामने आए। जब कोर वोल्टेज को वी 1.7 वोल्ट से आगे बढ़ाया गया तो प्रोसेसर मृत होने और पूरी तरह से अनुपयोगी हो जाने से पहले, बदलते समय के साथ धीरे-धीरे अधिक अस्थिर हो जाता था। इसे सडेन नॉर्थवुड डेथ सिंड्रोम (एसएनडीएस) के रूप में जाना गया, जो इलेक्ट्रोमाइग्रेशन के कारण होता था।

नॉर्थवुड
उत्तराधिकारी
प्रेस्कॉट
सीडर मिल