Lors du Grand Prix de l'Eifel, il s'élance deuxième derrière son coéquipier mais le dépasse lorsque Bottas rate son freinage en bout de ligne droite après treize tours. Quand le Finlandais abandonne sur perte de puissance, Hamilton n'a plus de rival pour l'empêcher de remporter sa septième victoire de la saison. Avec 91 victoires, il égale le record de victoires en Formule 1 établi Michael Schumacher en 2006. Deux semaines plus tard, parti de la pole position, il remporte le Grand Prix du Portugal devant Valtteri Bottas et Max Verstappen et devient le nouveau détenteur du record de victoires en Formule 1, soit autant de succès qu'Alain Prost (51) et Ayrton Senna (41) réunis. Il possède 77 points d'avance sur son coéquipier Valtteri Bottas au championnat du monde. Le monde de la Formule 1 ne doute plus que Lewis Hamilton soit capable de dépasser les 100 pole positions et autant de victoires à partir de 2021. Il remporte le Grand Prix d'Émilie-Romagne devant son coéquipier Valtteri Bottas et Daniel Ricciardo ; ce doublé permet à Mercedes de remporter un septième titre consécutif, ce qui constitue un nouveau record en Formule 1. Vainqueur du Grand Prix de Turquie le pour sa victoire, il égale le record de sept titres de champion du monde de Michael Schumacher à trois courses de la fin du championnat. Il s'impose deux semaines plus tard à l'arrivée du Grand Prix de Bahreïn où il obtient sa pole position et sa victoire. En amont de la deuxième course sur le circuit de Sakhir, programmée le , Lewis Hamilton est testé positif au Covid-19 et doit être placé à l'isolement, ce qui entraîne son premier forfait depuis ses débuts en 2007, après 265 départs. Il revient au volant pour la dernière course de la saison, à Abou Dabi le , et se classe troisième pour porter son record à 165 podiums.