Während der NBA-Draft 2011 wurde Hill im Rahmen eines Trades von den Spurs zu den Indiana Pacers transferiert. Im Gegenzug wechselte Kawhi Leonard nach San Antonio, den die Pacers kurz zuvor ausgewählt hatten. In seinem ersten Jahr war Hill überwiegend der Backup für Darren Collison. Aufgrund von Verletzungen setzte er 32 Spiele aus. Im Sommer 2012 unterzeichnete Hill einen neuen mit 40 Millionen US-Dollar dotierten Fünfjahresvertrag bei den Pacers und übernahm die Rolle in der Startformation, nachdem Collison die Pacers verließ. Am 7. Februar 2014 gelang Hill mit 37 Punkten gegen die Portland Trail Blazers ein persönlicher Karriererekord. Gut ein Jahr später, am 21. Februar 2015, gelang Hill sein erstes Triple-Double mit 15 Punkten, 10 Rebounds und 12 Assists gegen die Cleveland Cavaliers. Er setzte die Saison 2014/15 aufgrund von Verletzung jedoch teilweise aus und absolvierte nur 43 von 82 Saisonspielen. Mit den Pacers verpasste er auch erstmals seit vier Jahren die Playoffs. Er stellte jedoch mit 16,1 Punkten, 4,2 Rebounds und 5,1 Assists im Schnitt neue Karrierebestwerte auf. In der darauffolgenden Saison absolvierte Hill 74 Spiele und die Pacers erreichten wieder die Playoffs, wo man nach sieben Spielen gegen die Toronto Raptors in der ersten Runde ausschied.