Roadracing-VM 2017 körde Viñales för Yamahas fabriksteam Movistar Yamaha MotoGP med Valentino Rossi som stallkamrat. Han var stark på försäsongen och såg ut att infria förväntningarna. Viñales vann de två första Grand Prixerna och efter en vurpa följde han upp med placeringarna 4, 1 och 2. han ledde VM med 26 poäng efter en tredjedel av säsongen. Därefter vände det nedåt och han vann inte något mer 2017. Det räckte dock till en tredje plats i VM. Viñales hade säsongen 2018 problem med farten i början av racen vilket gjorde att han ofta hade svårt att ta sig loss från förarfältet, men skapade ofta bra resultat när han lyckades få en bra inledning på racen. Under säsongen 2018 vann Viñales ett race i Melbourne och tog ytterligare 4 pallplaceringar vilket gav spanjoren en fjärdeplats i VM. Viñales fortsatte i Yamahas fabriksteam Roadracing-VM 2019 och blev trea i VM efter bland annat två Grand Prix-segrar. Även säsongen 2020 fortsatte Viñales hos Yamaha.