Anche nel 2015 la Mercedes si dimostrò la monoposto più competitiva. Nell'inaugurale Gran Premio d'Australia Rosberg giunse al traguardo in seconda posizione, alle spalle del compagno di squadra Hamilton. Nelle tre gare successive il pilota tedesco giunse sempre a podio, cogliendo un secondo e due terzi posti, ma risultò sempre battuto nel confronto col compagno di squadra sia in qualifica sia in gara. Rosberg invertì la tendenza nel Gran Premio di Spagna in cui conquistò la prima vittoria stagionale dopo essere partito dalla pole position. Riuscì poi a ripetersi nel successivo Gran Premio di Monaco centrando una rocambolesca vittoria dopo essere stato per quasi tutto il Gran Premio alle spalle del suo compagno di team. Nel successivo Gran Premio del Canada il tedesco tagliò il traguardo in seconda posizione alle spalle di Hamilton. Nel Gran Premio d'Austria Rosberg, partito dalla seconda piazza, bruciò in partenza Hamilton e vinse il gran premio ripetendo il risultato dell'anno precedente. Grazie a questa vittoria Rosberg ridusse a 10 punti il distacco dal compagno di squadra, primo in classifica. Nelle gare seguenti però il pilota tedesco perse terreno: battuto da Hamilton in qualifica e in gara nel Gran Premio di Gran Bretagna, in Ungheria Rosberg non riuscì ad approfittare della gara travagliata del rivale, sesto al traguardo, giungendo ottavo dopo un contatto con Daniel Ricciardo nelle fasi finali. Anche in Belgio Rosberg fu battuto da Hamilton sia in qualifica sia in gara e a Monza fu costretto al ritiro per un problema al motore mentre occupava la terza posizione. Comunque la gara italiana era già stata condizionata dalla necessità di sostituire la versione evoluta del motore portata dalla Mercedes per l'occasione con una vecchia unità già impiegata in altre gare.