Innan han avled fanns tre deckare färdigställda, den så kallade Millennium-serien. Larsson hade först fått Millennium-serien refuserad av Piratförlaget, men efter att Larssons bekant Robert Aschberg läst den då outgivna serien, ringde Aschberg till Norstedts Förlag och bad dem läsa böckerna. Norstedts beslutade 2004 att ge ut serien.
Den första boken i serien, Män som hatar kvinnor, gavs ut i augusti 2005. Nummer två, Flickan som lekte med elden, gavs ut i juni 2006, och den tredje Luftslottet som sprängdes gavs ut i maj 2007. I juni 2011 hade böckerna i Millennium-serien tillsammans sålts i 60 miljoner exemplar i ett 50-tal länder. En fjärde bok i serien var till stor del skriven när Larsson avled. Om boken kommer att publiceras är oklart.

I december 2013 meddelade förlaget Norstedts att man givit författaren David Lagercrantz i uppdrag att skriva en fjärde bok som fristående fortsättning till Millenniumtrilogin. Boken väntas publiceras 27 augusti 2015, med titeln Det som inte dödar oss.