2015 absolvierte Rosberg seine sechste Formel-1-Saison für Mercedes. Beim Saisonauftakt in Australien wurde er Zweiter hinter Hamilton, beim zweiten Rennen in Malaysia Dritter und anschließend in China erneut Zweiter. Beim vierten Rennen, dem Großen Preis von Bahrain verlor Rosberg in der Schlussphase mit technischen Problemen den zweiten Platz und wurde erneut Dritter. Im folgenden Grand Prix in Spanien erzielte Rosberg seine erste Pole-Position und seinen ersten Sieg der Saison. Im nächsten Rennen, dem Großen Preis von Monaco, gewann Rosberg erneut. Es war sein dritter Monaco-Sieg in Folge. Er profitierte dabei von einem zusätzlichen Stopp seines Teamkollegens Hamilton, der dadurch die Führung verlor. Beim nächsten Rennen in Kanada wurde er Zweiter. Beim darauf folgenden Großen Preis von Österreich übernahm Rosberg beim Start die Führung und gewann das Rennen. Beim Großen Preis von Japan erzielt er seine zweite Pole-Position der Saison. Er verlor jedoch bereits beim Start die Führung an Hamilton und wurde hinter ihm Zweiter. Auch beim darauf folgenden Rennen in Russland startete Rosberg vom ersten Platz und schied nach einem technischen Defekt in der Anfangsphase aus. Beim anschließenden Großen Preis der USA entschied Rosberg das Qualifying für sich und erzielte seine 19. Pole-Position, womit er die meisten Pole-Positions der Fahrer ohne Weltmeistertitel erreicht hatte und den Rekord von René Arnoux brach. Im Rennen passierte Rosberg in der Schlussphase in Führung liegend ein Fehler und er fiel auf den zweiten Platz zurück. Eine Woche später gewann Rosberg den Großen Preis von Mexiko von der Pole-Position startend. Die anschließenden Rennen in Brasilien und Abu Dhabi entschied er ebenfalls von der Pole-Position für sich. Wie im Vorjahr wurde Rosberg hinter seinem Teamkollegen Hamilton Gesamtzweiter. Er unterlag ihm mit 322 zu 381 Punkten.