Sezon 2010 rozpoczął od zajęcia trzeciego miejsca w Grand Prix Bahrajnu, za dwoma bolidami Ferrari. Pod koniec Grand Prix Australii został uderzony w tył przez Marka Webbera, w wyniku czego zajął szóstą pozycję. W Grand Prix Hiszpanii na dwa okrążenia przed końcem w bolidzie Hamiltona eksplodowała opona, a Brytyjczyk uderzył w barierę tracąc drugie miejsce w wyścigu. Pierwsze zwycięstwo w sezonie odniósł w Grand Prix Turcji. Przez większość wyścigu jechał na trzeciej pozycji, za Markiem Webberem i Sebastianem Vettelem, jednak na 39. okrążeniu obaj kierowcy Red Bull Racing zderzyli się ze sobą, dzięki czemu Brytyjczyk awansował na pierwszą pozycję, którą utrzymał do mety. Dwa tygodnie później odniósł zwycięstwo w Grand Prix Kanady i awansował na pozycję lidera klasyfikacji generalnej Mistrzostw Świata. W Grand Prix Europy otrzymał karę przejazdu przez boksy za wyprzedzanie samochodu bezpieczeństwa. Pod koniec sierpnia wygrał deszczowe Grand Prix Belgii. Był to jego ostatni triumf w sezonie 2010. Dwóch kolejnych wyścigów we Włoszech i Singapurze nie ukończył z powodu kolizji. Do ostatniego wyścigu zachował teoretyczną szansę na zdobycie tytułu. Ostatecznie sezon zakończył na czwartym miejscu z dorobkiem 240 punktów, dziewięciokrotnie stając na podium i raz startując z Pole Position. Punkty zdobywał w piętnastu wyścigach.