16 मई 2006 पर, दूसरे सीज़न की समाप्ति के बाद की सुबह, ABC ने नेटवर्क के गुरुवार के शाम के कार्यक्रमों को मज़बूत बनाने के लिए "ग्रे'ज़ एनाटॉमी" के तीसरे सीज़न की घोषणा की, जो कि रात को 9 p.m. ET बजे प्रसारित होना था। 9 फ़रवरी 2006 को ABC ने गुरुवार के दर्शकों के लिए पहले श्रृंखला की योग्यता की जांच की, जिसके कारण इसने "इट इज़ द एंड ऑफ़ द वर्ल्ड" नामक सुपर बाउल XL-लीडआउट एपिसोड का दोबारा प्रसारण किया। अगले गुरुवार, 16 फ़रवरी 2006, को नेटवर्क ने लम्बी कहानी के दूसरे भाग को ("एज़ वी नो इट" के रूप में दोबारा प्रसारित किया। दोनों प्रसारण 9:30 पर शुरू हुए और इस प्रकार "ग्रे'ज़ एनाटॉमी" का प्रसारण CBS"" तथा विदआउट ए ट्रेस, फ़ॉक्स नेटवर्क के "The OC" और NBC के लम्बे समय से चले आ रहे मेडिकल नाटक "ER" के खिलाफ शुरू हुआ।

18 जुलाई 2006 को ABC ने घोषणा की कि तीसरे सीज़न का प्रीमियर 21 सितंबर 2006 को होगा।

6 जुलाई 2006 को श्रृंखला ने पहले दो घंटे के पायलेट एपिसोड, "ए हार्ड डेज़ नाईट", की पुनरावृत्ति के रूप में गुरुवार का नया स्लॉट ग्रहण किया। सीज़न में ईजी द्वारा डैनी को छोड़ने का संघर्ष, फिन तथा डेरेक के बीच मेरेडिथ की पसंद, बर्क की चोट का असर तथा नये सर्जरी चीफ के लिए चार अटेंडिंग सर्जनों के बीच तथा चीफ रेसिडेंट के लिए रेसिडेंट डाक्टरों के बीच निर्णय को प्रमुख रूप से दिखाया गया। जुलाई और अगस्त के दौरान, श्रृंखला का सप्ताह में दो बार प्रसारण हुआ : एक बार गुरुवार को नई समय अवधि में और एक बार रविवार को अपनी पिछली समय अवधि में. सीज़न के प्रीमियर के दौरान "ग्रे'ज़ एनाटॉमी" ने नये टाइम स्लॉट में जोरदार प्रदर्शन किया। यह 9 बजे के समय में"", एक घंटे में 25.14 मिलियन दर्शकों तथा 18-49 डेमोग्राफिक पर 10.9 की जबरदस्त रेटिंग के साथ, पहले नंबर पर पहुँचने में सक्षम था। इसकी तुलना में, "CSI" के सीज़न प्रीमियर ने 18-49 डेमोग्राफिक पर 7.5 की रेटिंग के साथ, 22.04 मिलियन दर्शकों को आकर्षित किया।

तीसरा सीज़न 17 मई 2007 को समाप्त हो गया। सीज़न की समाप्ति पर, बर्क एक चर्च में क्रिस्टीना के साथ शादी करता है, चीफ वेबर सर्जरी चीफ के रूप में बना रहता है, कैली को चीफ रेसिडेंट बनाया जाता है और जॉर्ज को पता चलता है कि वह निर्णायक परीक्षा में फेल हो गया है। प्रेस्टन बर्क का चरित्र को स्थायी रूप से इस शो से ख़त्म कर दिया गया और सीज़न की समाप्ति पर इसैया वॉशिंगटन ने अंतिम बार अपनी प्रस्तुति दी। डेरेक और मेरेडिथ के बीच संबंधों के साथ साथ कैली, जॉर्ज और इज्ज़ी के बीच के त्रिकोण को बिना सुलझाये छोड़ दिया गया। स्पिन ऑफ़ "प्राइवेट प्रेक्टिस" में एडिसन लॉस एंजिल्स में नये जीवन की शुरुआत का निर्णय लेती है।

सीज़न तीन: 2006-2007
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