Začátek sezony 2010 ukázal formu Felipeho i Ferrari ve výborném světle. V úvodní GP Bahrajnu dojel Felipe 2., úspěch týmu ale jednoznačně potvrdilo 1. místo jeho nově příchozího týmového kolegy Fernanda Alonsa (piloti Ferrari tedy získali ceněný double). Po třetím místě v dalším závodě, GP Austrálie, ale Felipeho zastínili jak jezdci McLarenu, tak i Red Bullu a až do Velké ceny Německa se nedostal na stupně vítězů. V tomto závodě Massa po více než polovinu závodu vedl, poté ale, ve 49. kole dostal Felipe příkaz od týmu, aby před sebe pustil svého kolegu, který potřeboval body do šampionátu, a po prohození pozic se mezi závodníky nic nezměnilo, Alonso tedy vyhrál a Massa (stejně jako v Bahrajnu) dojel 2. V druhé polovině sezony se Massa dostal na stupně vítězů jen dvakrát, v Itálii a v Koreji, a sezonu zakončil zklamáním v domácí Velké ceně Brazílie, kde skončil na otřesném 15. místě. Celkově skončil Massa 6. s 144 body na kontě; byla to jeho nejlepší sezona pod novým kolegou Fernandem Alonsem.