Yamaha var nesten ustoppelig etter MotoGPs reguleringsendringer, som begrenset motorforsyvningen til 800cc. Etter Rossis flere seire på rad i 2008 og 2009, kjørte Jorge Lorenzo en YZR-M1 (0WS9) til sin egen jomfrutittel i MotoGP i 2010. Over denne tre-årsperioden vant Yamaha Triple Crown for konstruktørenes og teamførernes tittel hver sesong. Dette var første gang i  MotoGPs historie at samme produsent hadde vunnet de samme titlene med forskjellige førere. Det må sies at Rossi bidro sterkt til utviklingen av YZR-M1-modellen, men Lorenzos arvtakelse beviste at det ikke bare var en modell tilpasset Rossi alene.

Jorge Lorenzo vant sin første MotoGP-tittel i 2010 med ni seire, etter at han kom til Yamaha MotoGP-teamet i 2008.

Jorge Lorenzo tok sin andre MotoGP-seier for Yamaha i 2012.

Når Rossi gikk over til Ducati i 2011, brakte Yamaha inn Ben Spies til fabrikkteamet for å konkurrere med tittelen med Lorenzo. Dessverre var det ikke ment for begge førerne den sesongen.

Som svar på tilbakeslaget, introduserte Yamaha YZR-M1 (0WT3)-modellen i 2012. Den sesongen ble det innført en ny stor endring i reguleringene: maksimal motorforskyvning ble høynet til 1,000cc og sylinderboringsgrensen satt til ikke mer enn 81mm. Men tillatt brennstoff var fremdeles 21 liter, som det var dengang under 800cc-æraen, og antall motorer en fører kunne bruke i sesongen ble værende på seks. Dette betød større forskyvning og resulterte i større kraftuttak, som da måtte medføre store forbedringer i drivstoffeffektivitet og motstandsdyktighet. Mens 0WT3 møtte alle disse kravene, greide den også å holde den samme utrolige farten som 800cc-modellen ved å omarbeide maskinens balanse og øke førligheten. Dermed kunne Lorenzo ta fullt utbytte av ytelsen og vinne flere seire med podiumsplass, helt til han ble kronet til MotoGP mester for andre gang.

I 2013 vendte Rossi tilbake til Yamaha og de to mesterne konkurrerte sammen igjen. Lorenzo vant mest blant førerne den sesongen (åtte) og avsluttet mesterskapet på andreplass. Neste år vant Rossi også andreplassen.

I disse to årene ble reglene endret flere ganger: minimum sykkelvekt ble høynet fra 157kg til 160kg og maksimal drivstoffkapasitet ble senket fra 21 til 20 liter. Gjennom det hele fortsatte Yamaha å anvende sin FoU-kraft til å utvikle fabrikkmaskineriet sitt, og fortsatte med videreutviklingen av YZR-M1.

Etter to sesonger borte, vendte Valentino Rossi tilbake til Yamaha MotoGP-teamet i 2013.

Jorge Lorenzo ble en eksklusiv trippel verdensmester i 2015 med sin endelige MotoGP-tittel.

Etter å ha mistet førernes tittel de forrige to sesongene, var Yamaha ivrig etter et comeback i 2015. Det viste seg å bli en episk kamp mellom Lorenzo og Rossi, etter at de andre produsentene ikke kunne måle seg mot YZR-M1 i hjørnesvingene. Rossi ledet det meste av sesongen, og manglet ikke på podiet i åpningen av 12 løp, men Lorenzo slåss tilbake og tok sin tredje MotoGP tittel i finalerunden med bare fem poeng forsprang.

I 2016 introduserte Yamaha en ny elektronikk-pakke og singel ECU-programvare, i samsvar med reviderte FIM-reguleringer. Drivstofftanken ble også flyttet og lagt under setet for bedre vektfordeling. MotoGP kunngjorde også at alle team må bytte til Michelin-dekk, og maksimal drivstoffkapasitet ble økt til 22 liter, selv om vektgrensa ble redusert til 157 kg. Rossi og Lorenzo vant tilsammen seks løp det året, og kom andreplass og tredjeplass i finalen, mens Yamaha vant team-tittelen.

Før sesongen 2017 forlot Lorenzo Yamaha, og Maverick Viñales ble rekruttert fra Suzuki. Spanskmannen var raskt med, og vant de to første løpene, men var ute av stand til å klatre opp på førsteplass innen andre halvdel av året. Viñales imponerte på tredjeplass, og Rossi tok samlet femteplass.

Etter at han kom til Yamaha i 2017, tok Maverick Viñales en utrolig seier i sitt første løp for laget i Qatar.

Fabio Quartararo markerte sin debut i MotoGP-klassen, og leverte en fantastisk første sesong på satellite Petronas SRT YZR-M1 i 2019.

Etter den tøffe sesongen 2018, hvor Rossi kom på tredjeplass foran Viñales på fjerdeplass, var Yamaha mer i det utfordrende laget i 2019. Viñales kom å tredjeplass, men det var nybegynner-sensasjonen Fabio Quartararo som fanget oppmerksomheten til mange på SIC Racing Team YZR-M1, som Yamaha hadde leaset sykler til. Seks stolperangeringer og konstante kamper for seieren ledet endelig franskmannen til å komme på femteplassen i førernes tittelserie, og skaffet seg en plass på fabrikkteamet for 2021, som betød slutten på Yamahas og Rossis svært suksessrike samarbeid.

Siden begynnelsen av det 21. århundre, har Yamahas R-series produksjonsmodeller deltatt i konkurranse med utmerkede resultater, og i et bredt spekter av racingkategorier, særlig i seriens utgangspunkt, YZF-R1 løpene. Utstyrt med samme type veivaksel på tverrplan som YZR-M1 siden 2009, er den helt nye R1-serien blitt kjørt av Ben Spies i hans debut på Superbike World Championship, hvor han vant førsteplassen. 

I en rekordstor debutsesong tok Ben Spies 2009 WorldSBK-tittelen på sitt første forsøk med Yamaha R1.

Yamaha kom tilbake til WorldSBK med en full fabrikkinnsats i 2016, med Sylvain Guintoli og Alex Lowes.

Cal Crutchlow kom på femteplass i 2010, med Marco Melandri og Eugene Laverty på andre og fjerdeplass det følgende året. Yamaha avsluttet sin deltakelse i racingaktivitetene på Superbike World Championship fra og med 2012.

GMT94 Endurance World Championship byttet også til den nye R1 og forbedret rangeringen sin fra tredjeplass i 2011 og 2012, til andreplass i 2013, før de vant mesterskapstittelen igjen i 2014.

Veteraner fra verdensmesterskapet i Endurance, Yamaha team GMT94 tok fire mesterskap på rad fra 2011-2014.

I en sterk setting vant Yamaha den legendariske Suzuka 8 timers løpet fire ganger på rad fra 2015-2018.

Etter YZF-R1, som hadde en avansert elektronikk-pakke som inkluderte et Slide Control System aldri før sett på en produksjonssykkel, fant suksess på Suzuka 8 Hours 2015-løpet, med Pol Espargaro og Bradley Smith, vendte Yamaha tilbake til Superbike World Championship  med fabrikkstøtte i 2016. Men selskapet undervurderte seriens konkurransedyktighet, da den tok ett podium med Sylvain Guintoli.

For 2017 satset Yamaha tyngre på sin tekniske ekspertise innen Pata Yamaha Official WorldSBK Team, ved å bringe inn Michael van der Mark som partner til Alex Lowes. Det var et skritt i riktig retning for Yamaha at Lowes tok femteplassen på YZF-R1 løpet, foran Van der Mark på sjetteplass.

Denne fremadstormende trenden fortsatte i 2018, da Van der Mark tok Yamahas første WorldSBK seier siden 2011 ved å vinne tredjeplassen, og Lowes vant også det året. I 2019 var  YZF-R1 modellen seiersrik igjen og Pata Yamaha-førerne avsluttet på tredje og fjerde plass, med Lowes på podiet denne gangen. Marco Melandri imponerte med flere plasseringer på podiet under YZF-R1 løpet, og Loris Baz som ble hentet inn til andre halvdelen av året, og som også ofte markerte seg i topp fem.

2018 så PATA Yamaha-førere Michael van der Mark og Alex Lowes ta hver sin jomfru WorldSBK-seier på Donington Park og Brno.

GMT94 la til tittelsamlingen sin med seier i EWC-sesongen 2016/17.

I mellomtiden fortsatte YZF-R1 modellen å imponere på Endurance World Championship, hvor den tok fire Suzuka 8 Hours seire på rad mellom 2015 og 2018, mens GMT94 Yamaha Official EWC Team også vant EWC tittelen for 2016/2017. 

I nasjonale motorsykkel-mesterskap viste R1-serien igjen at den er en mektig utfordrer. I USA vant YZF-R1 fører Josh Hayes tre AMA Pro Superbike klassetitler på rad mellom 2010 og 2012, etter at han kom på andreplass i 2009. Hans teammedlem Josh Herrin vant mesterskapet i 2013, og Hayes vant tilbake tittelen igjen i 2014. Cameron Beaubier tok tilbake titlene for Yamaha i 2015, 2016, 2018 og 2019, og avsluttet dermed et dominerende tiår for YZF-R1 på AMA Superbike Championship. 

I mellomtiden var Katsuyuki Nakasuga tilbake på topp i Japan med en YZF-R1 under premieren i JSB1000 klassen. Utenom hans vinnertitler i 2008 og 2009, krevde han også mesterskapstittelen på rad mellom 2012 og 2016. Etter at han tapte i 2017, tok  Nakasuga mesterskapstittelen tilbake i både 2018 og 2019.

YZF-R6 modellen hadde også vært en fast utfordrer på løpebanen. Under Supersport World Championship vant Chaz Davies tittelen i 2011, og Sam Lowes gjentok suksessen i 2013 med seks seire. Under mesterskapet i 2016 viste Niki Tuuli potensialet i YZF-R6 modellen ved å vinne tre andreplasser på rad, og i 2017 var Yamaha tilbake på sin vante tittelrunde.  Lucas Mahias tok hjem førernes mesterskapstittel det året, og med seks seire fordelt mellom alle fire av Yamahas helårsførere, kunne Yamaha ta tilbake produsenttittelen.

Yamaha dominerte 2018, ved å vinne hvert enkelt løp på veien til det andre produsentmesterskapet på rad, med fem av sine førere:  Sandro Cortese, Mahias, Jules Cluzel, Randy Krummenacher og Federico Caricasulo avsluttet alle løpene i topp fem innen førernes plassering, som til slutt ble vunnet av Cortese. 2019 fortsatte i samme ånden, da Krummenacher tok førernes tittel, foran Caricasulo og Cluzel, og Yamahavant sin tredje produsenttittel på rad.

Når Daytona 200 ble endret til et løp i 600cc klassen i 2009, vant Yamaha løpene både i 2009 og 2010 med 1-2 finalister, og gjentok suksessen igjen i 2012 og 2013 med Joey Pascarella og Cameron Beaubier. Eter to år hvor Yamaha dominerte topp 10 med sine YZF-R6 motorsykler, men ikke klarte å ta seiertitlene, ble de ustoppelige i perioden 2016 til 2019. Yamahas fjerde seier på rad er lengste vinnerserie, siden de tok 13 seire på rad mellom 1972 og 1984.

Føreren Decha Kraisart fra Thailand deltok i Asian Road Racing Championship og vant SS600 tittelen i 2010 på en YZF-R6, etter at han tidligere hadde hatt suksess på Yamaha Asean Cup Race i Asia. Etter det, deltok han på og vant All-Japan Championship innen ST600-klassen i 2012.

I 2015 var YZF-R6 tittelvinneren igjen, denne gangen med føreren Ryuji Yokoe, og Kerisuke Maeda (2017) og Yuki Okamoto (2018) tok også mesterskapstittelen med Yamaha. Fra 2017 deltok Yamaha også i det nye sportseventet Supersport 300 World Championship med en YZF-R3-modell utstyrt med 321cc 4-slags, 8-ventils DOHC motor. Det var et populært valg blant førerne, og vant både produsenttittelen og førernes tittel det året med Marc Garcia.

YZ450F motocrosser med 4-slags motor skulle gå inn i en ny fase av utviklingen: valgfritt drivstoffinjeksjonssystem. Selv om Yamaha introduserte sin første modell med drivstoffinjeksjon under All-Japan Motocross Championship i 2005, og fortsatte testing av sine drivstoffinjeksjonsprototyper under løpene før andre produsenter gjorde det, tok Yamaha sin tid med å perfeksjonere teknologien før den brakte systemet til produksjonsmodellene sine. Målet var å introdusere en ny motocrosser som tok den generelle ytelsen og potensialet til neste nivå.

Med en YZF-R6 vant Chaz Davies WorldSSP-tittelen i 2011 i sin første sesong med Yamaha.

David Phillippaerts kjørte YZ450FM til tredje i 2010 MX1-mesterskapet, sykkelens debutår i klassen.

Resultatet var 2010-utgaven av YZ450F. Selv om den var utstyrt med drivstoffinjeksjon, var den største funksjonen et helt nytt og innovativt motoroppsett. Den gikk bort fra det tradisjonelle motoroppsettet, hvor inntaket ligger ved enden av sylinderen og eksosrøret ligger foran, og fikk et omvendt oppsett, hvor inntaket ligger foran og eksosrøret komme rut bak, mens sylinderen selv skråner bakover.

Samme året deltok fabrikkutgaven av YZ450FM, som var basert på den nye modellen, under MX1 klassen av Motocross World Championship. David Philippaerts vant tredjeplassen med den under førernes mesterskap. Selv om resultatet betød at Yamaha ikke vant førsteplassen tredje år på rad, hadde den nye maskinens ytelse vist potensialet i den under den første sesongen den ble testet i konkurranse. I 2011 levde den opp til det forventede potensialet, da Steven Frossard vant andreplassen i mesterskapet. Og akkurat når det så ut som om Yamaha skulle vinne tittelen igjen, led selskapets største førere av fall og skader gjennom hele sesongen i 2012 og 2013, som satte dem ut av spill i kampen om tittelen. Jeremy van Horebeek hadde mere positive utsikter når han steg til andreplassen på rangeringen under den nye premier MXGP klassen (tidligere MX1) i 2014.

I 2015 vant YZ450FM tilbake sin rettmessige plass på toppen av MXGP World Championship med den nyrekrutterte føreren Romain Febvre, som sikret seg tittelen i verdensmesterskapet under sin debutantsesong. Både Febvre og Van Horebeek forble på Yamahas vinnermodell YZ450FM ut sesongene i 2016, 2017 og 2018 og holdt seg på toppen av premier class, men begge førernes konkurranseevne ble hemmet av skader.

2018-versjonen av YZ450F var en revidert sjettegenerasjons modell av Yamahas ledende, off-road motorsykkel med injisert drivstoff. Sykkelen var slankere og mer kompakt, som ga ekstra stabilitet og kontroll over røft terreng, bedre bremsing og enda bedre trekkraft. Kraftleveransen var mer lineær, som betyr at sykkelen fikk en smidigere kraftleveranse og akselerasjonen var optimalisert. Den helt nye YZ450F var også komplettert med en elektrisk starter, noe som er ekstra viktig for førere som racer på kanten uke ut og uke inn. Fabrikkversjonen av Yamahas YZ450F ble lagt i Jeremy Seewers dyktige hender, som ga YZ450FM tilbake tittelposisjonen i 2019, da han tok sølvmedalje i MXGP-klassen, Til tross for en lovende start på AMA Supercross Championship, var Yamaha også uheldige når føreren deres led en skade og ikke kunne vinne mesterskapet i 2010, en ulykke som også fulgte dem de neste to årene. Men teammedlem Davi Millsaps vant allikevel andreplassen i 2012 på en YZ450F. Det viste seg å være Yamahas beste resultat med 450SX på på over ti år, men det fikk tross alt mer suksess med YZ250F. Etter en sakte start på tiåret, vant Yamahas nye YZ250F West tittelen med Cooper Webb under AMA 250 Supercross i 2015.

Webb tok topptittelen igjen i 2016, og den andre Yamaha-føreren Aaron Plessinger kom på andreplass i East serien. Følgende året flyttet Plessinger til West-mesterskapet og tapte så vidt en annenplass, men vendte tilbake i 2018 for å vinne mesterskapstittelen. I 2019 vant Dylan Ferrandis West-mesterskapstittelen for Yamaha, og Justin Cooper tok annenplass i East-serien. 

I den nylig omdøpte MXGP, tok Jeremy Van Horebeek andreplassen i 2014-sesongen av den fremste klassen.

I sin rookie-sesong tok nykommeren Romain Febvre MXGP-tittelen i 2015, og satte Yamaha igjen på topp med YZ450FM.

Jeremy Seewer kjørte fort og kom til pallen flere ganger i 2019 for å ta andreplassen i MXGP-mesterskapet.

Jeremy Martin tok AMA 250 MX-tittelen 2014 på YZ250F, Yamahas første siden 1992.

Fra 2014 introduserte Yamaha også sin  bakoverhellende motor med inntaket foran på sin YZ250F motocrosser produksjonsmodell. Jeremy Martin kjørte den under AMA 250cc Motocross Championship det året, og vant Yamaha deres første tittel i klassen siden 1992. I mellomtiden vant Benoit Paturel en samlet tredjeplass med sin YZ250F under MX2 World Championship i 2016.. I 2019 slapp Yamaha sin helt nye versjon av den populære off-road modellen YZ250F. Den oppdaterte YZ250F la til en elektrisk starter på sitt smalere og mer kompakte karosseri. Den optimaliserte også kraftområdet og kraftleveransen, og potensialet i dette ble vist av det 18 år gamle belgiske talentet Jago Geerts som kjørte sykkelen til tredjeplass under MX2 World Championship i 2019.

I 2015 satte 15 år gamle Maxime Renaux Yamahas populære 125cc 2-slags motocross sykkel, YZ125-modellen, på kartet med en empatisk seier under Junior Motocross World Championship i El Molar, Spania. Thibault Benistant la flere seire til YZ125-modellens liste i 2018 d han skaffet Yamaha deres første EMX125 Championship mesterskapstittel noensinne. Innen avdelingen for trial racing, ble Dakar flyttet fra Afrika til Sør-Amerika i 2009.

Ett år senere ble registreringsreguleringene for kjøretøy også endret; motorsykler ble forventet å være 450cc eller under, og alle maskiner med en større forskyvning ble underkastet begrensninger på ytelse. Fra 2011 ble bare en-sylinders modeller på 450cc eller under tillatt deltakelse.

Thibault Benistant tok Yamahas første EMX125-tittel i 2018 med YZ125 på Horsham, Australia.

Helder Rodrigues tok påfølgende podiumfinale for Yamaha på Dakar-rallyene 2011 og 2012.

Yamaha fortsatte å race med sin 450cc en-sylinders WR450F-modell under denne perioden med reguleringsendringer, og tok fjerdeplass under Dakar i 2010 med Hélder Rodrigues. Under Dakar i 2011 og 2012 avsluttet den portugisiske føreren på tredjeplass og i 2014 tok Olivier Pain podiet på tredjeplass med en fabrikkmasking, basert på  2013-utgaven av YZ450F.

Yamaha brakte en splitter ny WR450F Rally til Dakar 2015, med en enkelt brenselcelle i karbonfiber og et mer kompakt design, optimalisert vektfordeling og balanse og en elektrisk starter. Pain havnet på tiende plass det året med modellen, men etter videreutvikling viste den seg mer konkurransedyktig i 2016, da Rodrigues kom på femteplass og debutanten Adrien van Beveren havnet på sjetteplass.

I 2017 konkurrerte Yamaha blant finalistene med den stigende stjernen Van Beveren og med Rodrigues, hvor førstnevnte sluttet blant finalistene på en samlet fjerdeplass, mindre enn ett sekund under podiumsplassene. Følgende året vant franskmannen fjerde stadiet og tok ledelsen, før han mistet den kort, men avsluttet blant toppførerne under det syvende stadiet. Men grunnet tekniske årsaker mens han ledet under det niende stadiet ble Van Beveren tvunget til å trekke seg. I 2019 introduserte Yamaha sin reviderte motorkonfigurasjon og oppdaterte motoroppsett for utfordreren WR450F Rally. Det vant tredje stadium med Xavier de Soultrait, og avsluttet på en respektabel sjetteplass.

Under All-Japan Trial Championship viste føreren Kenichi Kuroyama og fabrikkversjonen av TY250F seg å være en vinnerkombinasjon. Etter at han tapte tittelen igjen i 2010, gjorde han comeback igjen i 2011 og 2012, det siste året ble han den andre føreren i Japan som har vunnet i alle syv eventene i serien. Kuroyama avsluttet på andreplass 2013 og 2014. Uten titler å smykke seg med, debuterte Yamaha allikevel den nye fabrikkversjonen for trial racing,  TYS250Fi, under andre halvdel av 2016 kampanjen. Det ble en øyeblikkelig vinner med Kuroyama og hans seiersløp fortsatte inn 2017, men til slutt kom han på en samlet andreplass igjen.

I Dakar 2017 tok Adrien van Beveren en etterlengtet seier i sluttfasen av den legendariske rally.

Som topp Yamaha WorldSSP300 utøvere i 2019, ble de unge førerne Andy Verdoia og Galang Hendra forfremmet til WorldSSP-klassen for 2020.

I 2016 lanserte Yamaha sitt bLU cRU program i Europa, som besto i å gi unge førere sjansen til å følge sin lidenskap, innen off-track og in road racing.  YZ bLU cRU Cup fokuserer på unge motocross talenter, og ekspanderte fra 125cc til 85cc og 65cc i 2017. bLU cRU velger ut de beste førerne gjennom ett år, til å delta i FIM bLU cRU FIM Europe Cup Finale med støtte fra Monster Energy FIM Motocross of Nations. Toppfinalistene i alle klassene samlet vil bli sendt videre til Masterclass - en trenings- og vurderingsleir innen alle klasser, der de som imponerer mest kan vinne støtte fra Yamaha for neste sesong. For road racing tilbyr bLU cRUogså support til unge førere som deltar på Supersport 300 World Championship, og Masterclass eventet tilbyr også support til den neste debutanten. Toppførerne fra 2019, Andy Verdoia og Galang Hendra Pratama, ble begge flyttet opp til Supersport World Championship for 2020, og ble med på det nydannede Yamaha bLU cRU WorldSSP ved MS Racing, mens Yamaha fortsetter å ekspandere sin involvering i å fremme førernes utvikling.