Ein Rennen später, beim Großen Preis von Japan, erzielte Vettel seinen dritten Saisonsieg, indem er ungefährdet an der Spitze fuhr. Beim nächsten Rennen, dem ersten Großen Preis von Korea, konnte Vettel an die Leistung aus Japan anknüpfen. Er führte das Rennen lange Zeit an und hätte zum ersten Mal in seiner Karriere die Weltmeisterschaftsführung übernommen, wenn er nicht nach 45 Runden in Führung liegend mit einem Motorschaden ausgefallen wäre. In Brasilien behielt er mit einem Sieg vor Webber seine Chance auf den Weltmeistertitel. Vor dem letzten Saisonrennen, dem Großen Preis von Abu Dhabi belegte Vettel den dritten Platz in der Fahrerwertung. Von der Pole-Position startend entschied er das Rennen für sich und gewann den Weltmeistertitel mit vier Punkten Vorsprung vor Alonso, der Siebter wurde. Mit dem Titelgewinn wurde Vettel mit einem Alter von 23 Jahren und 134 Tagen bisher jüngster Formel-1-Weltmeister der Geschichte. Vettel startete in der Saison 2010 mit zehn Pole-Positions bei über der Hälfte aller Rennen von der ersten Position.