Roadracing-VM 2015 körde Márquez i Moto2-klassen för Marc VDS Racing på en Kalex med regerande Moto2-världsmästaren Esteve Rabat som stallkamrat. Márquez kom på 14:e plats i VM. Han fortsatte i samma stall 2016 och kom på 13:e plats i VM. Han fick dock fortsätta hos Marc VDS även säsongen 2017 och då började de goda resultaten komma. Marquez vann Spaniens Grand Prix, Kataloniens Grand Prix och Japans Grand Prix och kom på fjärde plats i VM. Säsongen 2018 fortsatte Márquez i samma team och tillhörde favoriterna till VM-titeln, men slutade på fjärdeplats. Han fortsättatte i samma team i Moto2 Roadracing-VM 2019. Säsongen började inte på bästa sett, men med start i Frankrike vann han fem av de sex följande tävlingarna. Han kund sedan bevaka VM-ledningen före Thomas Lüthi och den starkt spurtande Brad Binder med ytterligare några pallplatser och säkrade världsmästartiteln i Malaysias Grand Prix där han blev tvåa.