Yamaha verkade nästan ostoppbara efter MotoGP:s regeländringar, som begränsade slagvolymen till 800cc. Efter Rossis på varandra följande mästerskapssegrar 2008 och 2009 körde Jorge Lorenzo YZR-M1 (0WS9) till sin egen jungfrutitel i MotoGP 2010. Under den här treårsperioden vann Yamaha Triple Crown-titlarna för konstruktörer och lagförare varje säsong. Det här var första gången i MotoGP-historien som samma tillverkare vann flera titlar efter varandra med olika förare. Det måste sägas att Rossi bidrog väldigt mycket till utvecklingen av YZR-M1, men när Lorenzo följde honom blev det bevisat att det inte bara hade handlat om en modell som var specialgjord för Rossi.

Jorge Lorenzo vann sin första MotoGP-titel 2010 med nio segrar, efter att han kom till Yamaha MotoGP-teamet 2008.

Jorge Lorenzo tog sin andra MotoGP-seger för Yamaha 2012.

När Rossi flyttade till Ducati 2011 tog Yamaha in Ben Spies i fabriksteamet för att tävla om titeln med Lorenzo. Tyvärr var det inte de här två förarnas säsong. Efter motgången introducerade Yamaha YZR-M1 (0WT3) för 2012 års säsong.

Den säsongen genomfördes en annan stor regelförändring: maximal slagvolym höjdes till 1000cc och gränsen för cylinderdiametern sattes vid 81 mm. Mängden bränsle som tilläts förblev dock oförändrad från 800cc-eran med 21 liter, och antalet motorer som en förare kunde använda under en säsong stannade kvar på sex. Detta innebar att den ökade slagvolymen och den medföljande ökningen av uteffekten måste åtföljas av avsevärda fördelar när det gällde bränsleeffektivitet och hållbarhet. Samtidigt som 0WT3 uppfyller alla dessa behov, lyckades den också bibehålla samma otroliga kurvtagningshastigheter som 800cc-modellen genom att ändra maskinens balans och öka körbarheten. Lorenzo drog därför full nytta av den här prestandan för att ta flera vinster och pallplatser innan han kröntes till MotoGP-mästare en andra gång.

2013 återvände Rossi till Yamaha och de två mästarna tävlade tillsammans igen. Lorenzo var föraren med flest vinster den säsongen (åtta) och han slutade som tvåa i mästerskapet. Året därpå hamnade Rossi också på andra plats i resultatlistan.

Under de här två åren har reglerna ändrats ytterligare: lägsta vikt på motorcykeln höjdes från 157 kg till 160 kg och den maximala bränslekapaciteten sänktes ytterligare från 21 till 20 liter. Genom allt detta fortsatte Yamaha att tillämpa sin R&D-styrka på sin fabriksmaskinsutveckling, vilket ledde till en ännu mer utvecklad YZR-M1.

Efter att ha varit borta i två säsonger återvände Valentino Rossi till Yamaha MotoGP-teamet 2013.

Jorge Lorenzo blev en ensam trippelvärldsmästare 2015 med sin sista MotoGP-titel.

Efter att ha förlorat förartiteln under de föregående två säsongerna var Yamaha angelägna om att lyckas 2015. Det ledde till en episk kamp om titeln mellan Lorenzo och Rossi, eftersom andra tillverkare inte kunde matcha YZR-M1 i kurvorna. Rossi ledde under en stor del av säsongen, efter att inte ha missat pallen under de inledande 12 tävlingarna, men Lorenzo slogs tillbaka för att ta sin tredje MotoGP-titel i sista rundan och vinna med bara fem poäng.

2016 lanserade Yamaha ett nytt elektronikpaket och en enskild ECU-programvara, enligt de reviderade FIM-reglerna. Bränsletanken flyttades också, och placerades under sadeln för bättre viktfördelning. MotoGP meddelade också att alla lag måste byta till Michelin-däck, med den maximala bränslekapaciteten utökad till 22 liter, även om viktgränsen sänktes till 157 kg. Rossi och Lorenzo skulle tillsammans komma att vinna sex tävlingar det året och sluta på andra respektive tredje plats medan Yamaha vann lagtiteln.

Före säsongen 2017 lämnade Lorenzo Yamaha, och Maverick Viñales draftades in från Suzuki. Spanjoren behövde ingen uppvärmning, utan vann de två första tävlingarna, men lyckades inte komma högst upp på prispallen under årets andra halva. Viñales imponerad med en tredje plats totalt, och Rossi blev femma.

Efter att ha anslutit sig till Yamaha 2017 tog Maverick Viñales en otrolig seger i sitt första lopp för teamet i Qatar.

Fabio Quartararo markerade sin debut i MotoGP-klassen och levererade en fantastisk första säsong 2019 på Satellite Petronas SRT YZR-M1.

Efter en tuff säsong 2018, där Rossi kom på tredje plats efter Viñales som blev fyra, var Yamaha något mer konkurrenskraftiga 2019. Viñales blev trea totalt, men det var rookiesensationen Fabio Quartararo som uppmärksammades av många i SIC Racing Team YZR-M1, som Yamaha hade hyrt motorcyklar till. Efter sex förstaplatser och regelbundna kamper om vinsten hamnade fransmannen till slut på femte plats totalt, vilket gav honom en plats i fabriksteamet 2021 och satte stopp för Yamaha och Rossis ytterst framgångsrika samarbete.

Sedan början av2000- -talet har Yamahas produktionsmodeller i R-serien fortsatt att konkurrera med utmärkta resultat i en mängd olika racingkategorier, i synnerhet seriens flaggskepp YZF-R1. Den helt nya R1 var utrustad med samma sorts crossplane-vevaxel som YZR-M1 sedan 2009 och kördes av Ben Spies under hans första år i Superbike-världsmästerskapet, när han också vann. 

I en rekordbrytande debutsäsong tog Ben Spies 2009 WorldSBK-titeln på sitt första försök med Yamaha R1.

Yamaha återvände till WorldSBK med en full kraft 2016 med Sylvain Guintoli och Alex Lowes.

Cal Crutchlow blev femma 2010, medan Marco Melandri och Eugene Laverty slutade som tvåa respektive fyra året därpå. Yamaha avbröt sina fabriksracingaktiviteter i Superbike-världsmästerskapet från 2012.

Motorcykeln i GMT94 Endurance-världsmästerksapet byts också ut till den nya R1 och går från att hamna på tredje plats 2011 och 2012 till andra plats 2013, innan man tar tillbaka mästerskapstiteln 2014.

Veteraner från Endurance World Championship, i Yamahas färger tog GMT94  tre mästerskap i följd från 2011-2013, och återigen 2014.

Yamaha vann den legendariska Suzuka 8-timmars fyra gånger i rad under 2015-2018.

Efter att YZF-R1, som hade ett sofistikerat elektronikpaket som inkluderade ett Slide Control System vilket aldrig tidigare funnits på en produktionsmotorcykel, nådde framgång i 2015 års Suzuka 8 Hours med Pol Espargaro och Bradley Smith, återvände Yamaha till Superbike-världsmästerskapet med fabriksstöd 2016. Man underskattade dock seriens konkurrenskraft och vann en tävling med Sylvain Guintoli.

Inför 2017 utökade Yamaha sin tekniska expertis inom Pata Yamaha Official WorldSBK-teamet, genom att göra Michael Van der mark till Alex Lowes partner. Det var ett steg i rätt riktning för Yamaha, eftersom Lowes hamnade på femte plats totalt på YZF-R1, framför Van der Mark på sjätte plats.

Den uppåtgående trenden fortsatte under 2018, då Van der Mark tog Yamahas första WorldSBK-seger sedan 2011 och hamnade på tredje plats totalt, samtidigt som Lowes också vann det här året. 2019 vann YZF-R1 igen och Pata Yamaha-förarna hamnade på tredje och fjärde plats totalt, med Lowes först den här gången. Marco Melandri imponerade med ett antal pallplatser på YZF-R1, med Loris Baz, som hämtades in till andra halvan av året, också ständigt utmanade de fem främsta.

2018 sågs PATA Yamaha-förarna Michael van der Mark och Alex Lowes ta sin vardera första WorldSBK-seger på Donington Park och Brno.

GMT94 utökade sin titelsamling med en seger 2016/17 EWC-säsongen.

Under tiden fortsatte YZF-R1 att imponera i Endurance World Championship, med fyra på varandra följande Suzuka 8 Hours-segrar mellan 2015 och 2018, medan GMT94 Yamaha Official EWC-team vann titeln säsongen 2016/2017.

I nationella motorcykelmästerskap var R1 också en kraft att räkna med. Efter att ha slutat på andra plats 2009 vann YZF-R1-föraren Josh Hayes tre på varandra följande titlar i AMA Pro Superbike-klassen i USA mellan 2010 och 2012. Hans lagkamrat, Josh Herrin, kröntes till mästare 2013 innan Hayes återfick titeln igen 2014. Cameron Beaubier vann titeln åt Yamaha 2015, 2016, 2018 och 2019 och avslutade därmed ett decennium av dominans för YZF-R1 i AMA Superbike-mästerskapet.

Under tiden var Katsuyuki Nakasuga tillbaka på toppen på YZF-R1 i den främsta JSB1000-klassen i Japan. Förutom sina titlar 2008 och 2009 vann han alla mästerskap mellan 2012 och 2016. Efter att ha missat segern 2017 blev Nakasuga än en gång mästare både 2018 och 2019.

YZF-R6 har också varit en konstant utmanare på tävlingsbanan. I Supersport-världsmästerskapet vann Chaz Davies titeln 2011 och Sam Lowes gjorde samma sak 2013, med sex vinster. I mästerskapet 2016 visade Niki Tuuli på YZF-R6:s potential genom att ta tre på varandra följande andraplatser, och 2017 återgick Yamaha till att vinna titlar igen. Lucas Mahias tog hem förarmästerskapet det året, och eftersom alla fyra helsäsongsförarna delade på sex segrar återfick Yamaha tillverkartiteln.

2018 dominerade Yamaha och vann varje tävling på väg mot ett andra tillverkarmästerskap i rad, med fem av sina förare: Sandro Cortese, Mahias, Jules Cluzel, Randy Krummenacher och Federico Caricasulo hamnade alla på topp fem i förarkategorin, som vanns av Cortese. 2019 slutade på liknande sätt, när Krummenacher vann förartiteln, före Caricasulo och Cluzel, samtidigt som Yamaha vann tredje raka tillverkartiteln.

När Daytona 200 övergick till att bli en tävling i 600cc-klassen 2009 vann Yamaha tävlingarna både 2009 och 2010 med 1-2 målgångar, och upprepade det 2012 och 2013 med Joey Pascarella respektive Cameron Beaubier. Efter två år när Yamaha dominerade topp 10 med sina YZF-R6-motorcyklar, men i slutändan inte lyckades ta några segrar, var det omöjligt att slå dem mellan 2016 och 2019. Yamahas fyra vinster på raken är den längsta vinstperioden sedan de tog 13 raka segrar mellan 1972 och 1984.

Efter sin framgång i Yamaha Asean Cup Race i Asien deltog thaiföraren Anki Kraisart in i Asian Road Racing Championship och vann SS600-titeln på en YZF-R6 2010. Därefter deltog han i och vann All-Japan Championships ST600-klass 2012. 2015 blev YZF-R6 titelvinnare igen, den här gången med Ryuji Yokoe, och även Kerisuke Maeda (2017) och Yuki Okamoto (2018) blev mästare med Yamaha. Från och med 2017 har Yamaha också deltagit i det nybildade Super Sport 300-världsmästerksapet med sin 4-taktsmotorcykel YZF-R3 med 321cc och DOHC-motor. Den var ett populärt val bland förare och vann både tillverkar- och förartiteln det året med Marc Garcia. 4-taktsmotocrossen YZ450F var på väg in i en ny fas av sin utveckling: möjligheten att lägga till ett bränsleinsprutningssystem.

Trots att Yamaha introducerade sin första modell med bränsleinsprutning i All-Japan Motocross Championship 2005 och fortsatte att testa sina bränsleinsprutningsprototyper i tävlingar före andra tillverkare, skulle Yamaha ta tid på sig att förfina tekniken innan systemet började användas på dess produktionsmodeller. Målet var att införa en ny motocross som tog övergripande potential och prestanda till nästa nivå.

På YZF-R6 vann Chaz Davies 2011WorldSSP-titeln under sin första säsong med Yamaha.

David Phillippaerts körde YZ450FM till tredje plats i 2010 MX1-mästerskapet, cykelns debutår i klassen.

Resultatet blev 2010 YZ450F. Trots att den var utrustad med bränsleinsprutning var den främsta funktionen den helt nya och innovativa motorutformningen. Bortsett från den konventionella layouten med insuget baktill på cylindern och avgasröret framtill vände denna nya layout på den placeringen så att insuget hamnade framtill och avgasröret baktill, samtidigt som själva cylindern fick en bakåtlutning.

Samma år deltog fabriksmaskinen YZ450FM, baserad på den nya motorcykeln, i toppklassen MX1 i världsmästerskapet i motocross. David Philippaerts körde den till tredje plats i förarmästerskapet. Även om detta resultat hindrade Yamaha från att få sin tredje vinst i följd, hade den helt nya maskinens prestanda bevisat sin potential under sin första tävlingssäsong. Den levde upp till sin förväntade potential och Steven Frossard hamnade på andra plats i mästerskapet 2011. Och precis när det såg ut som om Yamaha kunde göra anspråk på titeln drabbades dess huvudförare av fall och skador under säsongerna 2012 och 2013, så att de inte kunde vara med och tävla om titeln. Jeremy van Horebeek förde med sig mer positiva framtidsutsikter när han placerade sig på andra plats totalt i den nya premiumklassen MXGP (före detta MX1) 2014.

2015 tryggade YZ450FM åter igen sin plats på toppen i MXGP-världsmästerskapet med den nya rekryteringen Romain Febvre som säkrade världsmästartiteln under sin rookiesäsong. Både Febvre och Van Horebeek blev kvar på Yamahas beprövade YZ450FM under säsongerna 2016, 2017 och 2018 och hamnade i täten av premierklassen, men båda förarnas kampanjer förstördes tyvärr av skador.

2018 års YZ450F var en reviderad sjätte generationens modell av Yamahas flaggskeppsterrängmotorcykel med bränsleinsprutning. Motorcykeln var smalare och mer kompakt, vilket gav extra stabilitet och kontroll över tuff terräng, bättre bromsning och ännu bättre grepp. Kraftleveransen blev mer linjär vilket innebar att motorcykeln hade en mjukare leverans av kraft och att accelerationen optimerades. Den helt nya YZ450F var också utrustad med en elektrisk start, vilket är oerhört viktigt för de förare som kör precis på gränsen, vecka ut och vecka in. Med fabriksversionen av Yamahas YZ450F i sina skickliga händer såg Jeremy Seewer till att YZ450FM konkurrerade om titeln 2019, när han slutade som silvermedaljör i MXGP-klassen.

Trots en lovande start i AMA Supercross-mästerskapet hade Yamaha inte heller någon tur när dess förare drabbades av en skada och inte kunde vinna mästerskapet 2010, något som återupprepades under de två kommande åren. Men lagkamraten Millsaps hamnade på andra plats 2012 på YZ450F. Det visade sig vara Yamahas bästa 450SX-resultat under årtiondet, men man uppnådde större framgångar med YZ250F. Efter en långsam start på decenniet tog Yamahas nya YZ250F västra titeln i AMA 250 Supercross 2015 med Cooper Webb. Webb hamnade på första plats igen 2016, samtidigt som Yamaha-föraren Aaron Plessinger slutade tvåa i östra serien. Året därpå flyttade Plessinger över till västra mästerskapet och missade just precis andraplatsen, men han återvände och vann titeln 2018. 2019 vann Dylan Ferrandis titeln åt Yamaha i det västra mästerskapet, med Justin Cooper på andra plats i det östra. 

I det nyligen ändrade namnet MXGP, tog Jeremy Van Horebeek en andra plats i premiärklassen säsongen 2014.

Under sin rookiesäsong tog nykomlingen Romain Febvre MXGP-titeln 2015 och flyttade återigen upp Yamaha i topp med YZ450FM.

Jeremy Seewer körde fort och kom på pallen flera gånger under 2019 för att ta andraplatsen i MXGP-mästerskapet.

Jeremy Martin tog AMA 250 MX-titeln 2014 på YZ250F, Yamahas första sedan 1992.

Från och med 2014 introducerade Yamaha också en bakåtlutad motor med insug framtill på sin produktionsmotocross YZ250F. Jeremy Martin körde i AMA Motocross-mästerskapet i 250cc-klassen samma år och tog Yamahas första titel i klassen sedan 1992. Under tiden i Europa tog Benoit Paturel sin YZ250F till tredje plars totalt i MX2-världsmästerskapet 2016. 2019 släppte Yamaha en helt ny version av den populära terrängmotorcykeln YZ250F. På den uppdaterade YZ250F tillkom en elektrisk start på den smalare och mer kompakta ramen. Den optimerade också effekträckvidden och -leveransen, vilket bevisades av den 18-åriga belgiska talangen Jago Geerts som körde motorcykeln till en tredje plats i MX2-världsmästerskapet 2019.

2015 satte 15-årige Maxime Renaux Yamahas populära tvåtaktsmotocrosscykel i 125cc-klassen på kartan med en klar seger i juniorvärldsmästerskapet i motocross i El Molar, Spanien. Thibault Benistant gav YZ125 ytterligare erkännande 2018 efter att ha gett Yamaha dess första vinst i EMX125-mästerskapet någonsin.På trialmotorcykelområdet flyttade Dakar-rallyt från Afrika till Sydamerika 2009. Ett år senare ändrades också reglerna för fordonen.

Motorcyklarna förväntades vara 450cc eller under, och alla maskiner med större slagvolym skulle utsättas för prestandabegränsningar. Från och med 2011 tilläts bara encylindriga modeller i 450cc-klassen eller lägre att delta.

Thibault Benistant tog Yamahas första EMX125-titel 2018 med YZ125 i Horsham, Australien.

Helder Rodrigues tog flera pallplatser i följd för Yamaha vid Dakarrallyna 2011 och 2012.

Under den här perioden av regeländringar fortsatte Yamaha att tävla med encylindriga WR450F i 450cc-klassen och tog fjärde plats i Dakar med Hélder Rodrigues 2010. 2011 och 2012 hamnade den portugisiska föraren på tredje plats i Dakar och 2014 var det Olivier Pain som hamnade på tredje plats på en fabriksmaskin, baserad på 2013 års YZ450F.

Till Dakar-rallyt 2015 kom Yamaha med en helt ny WR450F-rallymotorcykel, med en enda kolfiberbränslecell och en mer kompakt design, som optimerade viktfördelningen och balansen, samt en elektrisk startmotor. Den slutade på tionde plats det året med Pain, men efter ytterligare utvecklingar var den mer konkurrenskraftig 2016, och slutade på femte plats med Rodrigues och sjätte med debutanten Adrien van Beveren.

2017 kämpade Yamaha om topplaceringarna med den stigande stjärnan Van Beveren och Rodrigues, och den förstnämnda segrade i sista stadiet och hämnade på fjärde plats totalt, mindre än en sekund från pallplatserna. Följande år vann fransmannen etapp fyra och tog täten, innan han förlorade förstaplatsen en kort period och sedan återtog den i etapp sju. Men på grund av ett tekniskt problem i det nionde steget blev Van Beveren tvungen att dra sig ur tävlingen. 2019 introducerade Yamaha en uppdaterad motorkonfiguration och uppdaterade fjädring på sin WR450F Rally Challenger.

Med den vann Xavier de Soultrait tredje etappen och hamnade på en respektabel sjätte plats. Kenichi Kuroyama och fabriksmaskinen TY250F var en vinnande kombination i det japanska trialmästerskapet. Även om han förlorade titeln 2010 kom han tillbaka 2011 och 2012. Det sista året blev han den andra föraren någonsin som vann alla sju etapper i serien. Kuroyama slutade som tvåa 2013 och 2014. Utan några titlar än så länge debuterade Yamaha sin nya fabrikstrialmotorcykel, TYS250Fi, under den andra halvan av kampanjen 2016. Det var en omedelbar vinnare med Kuroyama och hans segerperiod fortsatte in i 2017, men i slutändan hamnade han på andra plats totalt igen.

Med liten marginal tog Adrien van Beveren i Dakar 2017 en efterlängtad seger i den sista etappen av det legendariska rallyt.

Som de bästa Yamaha WorldSSP300-utövarna under 2019, befordrades de unga förarna Andy Verdoia och Galang Hendra till WorldSSP-klassen 2020.

2016 lanserade Yamaha sitt bLU cRU -program i Europa, vilket ger unga förare möjlighet att följa sin passion, både inom terräng- och banracing.  YZ bLU cRU Cup är inriktad på unga motocrosstalanger och expanderade från 125cc till 85cc och 65cc 2017. bLU cRU väljer de mest högstpresterande förarna över hela året så att de får delta i FIM bLU cRU FIM Europacupfinalen till stöd för Monster Energy FIM Motocross of Nations. Toppförarna i alla klasser i detta kommer att få delta i Masterclass - ett tränings- och bedömningsläger för flera klasser, och de som imponerar mest får stöd från Yamaha under den kommande säsongen. För roadracing erbjuder bLU cRU också stöd till ungdomar som tävlar i Supersport 300-världsmästerskapet, med Masterclass-tävlingen som också gör stöd inför nästa steg. De bästa förarna från 2019, Andy Verdoia och Galang Hendra Pratama, befordrades båda till Supersport-världsmästerskapet för 2020 och gick med i den nybildade Yamaha bLU cRU WorldSSP by MS Racing samtidigt som Yamaha fortsätter att utöka sitt engagemang i förares utveckling.