W Pucharze UEFA zdobył swojego premierowego gola w zremisowanym 1:1 meczu pierwszej rundy z Benficą Lizbona. W rewanżu było 1:0 dla Benfiki i to Portugalczycy awansowali do następnej fazy rozgrywek. W sezonie 2004/2005 Odemwingie zdołał zagrać w 3 meczach i zdobyć 2 gole w lidze belgijskiej, po czym w sierpniu został kupiony przez Lille OSC, podpisując z tym klubem 4-letni kontrakt. Miał oferty z Feyenoordu, Fulhamu i FC Schalke 04, ale wybrał właśnie francuski klub.
W Lille zadebiutował 11 września w wygranym 1:0 meczu z OGC Nice, gdy w 62. minucie został zmieniony przez Matta Moussilou. Swoją pierwszą bramkę natomiast zdobył w 13. kolejce Ligue 1 w wygranym 1:0 wyjazdowym meczu z FC Istres. W sezonie tym zagrał jednak tylko w 20 meczach (zdobył w nich 4 bramki), gdyż pozycja Moussilou w ataku Lille była niepodważalna. Odemwingie wystąpił także w 6 meczach Pucharu UEFA, w którym to Lille doszło do 1/8 finału, gdzie odpadło z inną francuską drużyną AJ Auxerre. W lidze natomiast piłkarze Lille z Peterem osiągnęli wielki sukces, jakim było zdobycie wicemistrzostwa Francji. W sezonie 2005/2006 to już nie Moussilou, a właśnie Odemwingie był najlepszym piłkarzem zespołu. Zdobył 14 bramek w Ligue 1, a jego drużyna zajęła wysokie 3. miejsce za Olympique Lyon i Girondins Bordeaux.