Toujours chez Renault en 2006, Alonso prend rapidement la tête du championnat du monde. Après neuf courses, il s'est en effet imposé à six reprises, est monté neuf fois sur le podium et dispose d'une avance de 25 points. Il démontre ainsi que l'annonce de sa future arrivée chez McLaren pour la saison 2007 ne perturbe pas pour autant sa collaboration avec Renault. Le retour en forme de la Scuderia Ferrari et de Michael Schumacher au début de l'été annonce une fin de championnat serrée. Alonso est de surcroît trahi deux fois par sa mécanique (écrou de roue en Hongrie, moteur cassé en Italie) alors que Renault a montré une certaine fiabilité en début de saison où Fernando a accumulé douze arrivées dans les points en douze courses. Le championnat bascule lors de l'avant-dernière manche au Japon lorsque Schumacher, en tête de la course et du championnat, est à son tour victime d'une casse moteur et cède la victoire à l'Espagnol qui reprend un net avantage au championnat. En finissant deuxième du dernier Grand Prix au Brésil, il assure son deuxième titre mondial consécutif en Formule 1.