ली ने ऑस्ट्रेलिया के लिए एक दिवसीय अंतर्राष्ट्रीय खेल में अपना पहला क़दम पाकिस्तान के खिलाफ़ 9 जनवरी 2000 को गाबा, ब्रिस्बेन में कार्लटन और संयुक्त ब्रुअरीज़ श्रृंखला के दौरान रखा। वे ऑस्ट्रेलिया का प्रतिनिधित्व करने वाले 140वें ODI क्रिकेटर बने।

एक दिवसीय अंतर्राष्ट्रीय मैचों में ली को व्यापक रूप से दुनिया के बेहतरीन और सबसे ज्यादा आशंकित करने वाले गेंदबाजों में से एक माना जाता है, जिन्हें ICC ने जनवरी 2006 में नंबर 1 एकदिवसीय गेंदबाज़ का दर्जा दिया और 2003 की शुरूआत से वे शीर्ष दस एकदिवसीय गेंदबाजों में शामिल किए गए हैं। उनके पास व्यापक डिलीवरियों का प्रभावशाली समूह है, जिसमें एक खतरनाक इन-स्विंगिंग यॉर्कर भी शामिल है। 30 के आस-पास उनकी गेंदबाज़ी का स्ट्राइक दर उन्हें खेल के इस रूप में सबसे तीक्ष्ण वर्ग में डालता है। केन्या के खिलाफ़ 2003 के विश्व कप में हासिल एक-दिवसीय अंतर्राष्ट्रीय हैट-ट्रिक भी उन्हीं के नाम है। ली, विश्व कप के इतिहास में यह उपलब्धि हासिल करने वाले पहले ऑस्ट्रेलियाई और चौथे गेंदबाज हैं।

2005-06 त्रिकोणीय एक दिवसीय श्रृंखला में ऑस्ट्रेलिया द्वारा खेले गए मैचों में, ली ने दूसरे खेल में माइकल हसी के साथ 100 रन की भागीदारी में 57 बनाने के साथ ऑस्ट्रेलिया को मध्यम क्रम ढहने से होने वाली परेशानी से बाहर निकालते हुए, अपने उपयोगी बल्लेबाज़ी क्षमता का प्रदर्शन किया। तथापि, उन्हें अभी लगातार अपनी बल्लेबाज़ी से योगदान देना बाक़ी है और उनकी मौजूदा ICC रैंकिंग 90-100 के आस-पास मंडराती है।

ली ने श्रृंखला की समाप्ति 15 विकेट लेकर की, जो नाथन ब्रैकेन और मुथैया मुरलीधरन के पीछे तीसरी उच्चतम संख्या है।

जहां एकदिवसीय मैचों में ली का औसत और स्ट्राइक दर उन्हें एकदिवसीय मैचों के इतिहास में सर्वोत्तम स्ट्राइक गेंदबाज़ों में से एक का दर्जा देता है, फिर भी यदा-कदा वे अनिश्चित रूप से गेंदबाज़ी कर सकते हैं, जैसा कि उनके अपेक्षाकृत ऊंचे किफ़ायती दर से ज़ाहिर होता है।

ली में पारी की शुरूआत में ही विकेट लेने की क्षमता हासिल है, जहां अक्सर वे पारी के पहले ओवर में ही बल्लेबाजों को हटा देते हैं। 2003 क्रिकेट विश्व कप के फाइनल में सेमी-फ़ाइनल में उन्होंने मारवान आटपट्टु को जो गेंद फेंकी थी, उसकी गति 160.1 km/h (99.5 mph) तक पहुंची.

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