Weatherly conoció entonces al director Whit Stillman, quien lo llamó para actuar en The Last Days of Disco (1998) como antagonista de Chloë Sevigny.
Trabajó en las dos temporadas de la serie Dark Angel (2000) con Jessica Alba, interpretando al periodista Logan Cale.
En 2003 trabajó en la serie NCIS, interpretando el papel del Agente Especial Anthony DiNozzo, con una personalidad muy exitosa.
En febrero de 1995 se casó con la actriz Amelia Heinle, con quien apareció en las series The City y Loving.
Su matrimonio no duró mucho y se divorciaron en 1997, a pesar del nacimiento de su hijo August Manning Weatherly, en 1996.