Al draft 2009 hanno ceduto una prima scelta acquisita dagli Charlotte Bobcats ai Minnesota Timberwolves in cambio dei diritti per la matricola Ty Lawson, diciottesima scelta assoluta. Il 13 luglio 2009 cedono una seconda scelta al draft ai Detroit Pistons in cambio di Arron Afflalo (parte dei soldi ottenuti dalla cessione di Iverson sono stati usati per permettere lo scambio) e Walter Sharpe. Afflalo ha sostituito la guardia Dahntay Jones, che aveva firmato con gli Indiana Pacers. Il 10 agosto i Nuggets hanno tuttavia perso Linas Kleiza, che ha firmato per l'Olympiacos. Durante la stagione 2009-10 Anthony ha mantenuto una media di 28,2 punti e Billups una media di 19,6 punti. Durante le prime due partite della stagione Anthony ha segnato 71 punti: 30 nella partita di apertura in casa e 41 nella partita successiva, nelle vittorie contro i rivali di Division Utah Jazz e Portland Trail Blazers. Anthony è stato il secondo giocatore nella storia dei Nuggets (dopo Alex English) a segnare almeno 70 punti nelle due partite inaugurali. È stata anche la prima volta dal 1987 che i Nuggets sono partiti con un bilancio di 2-0. In seguito sono andati anche 3-0, 4-0 e 5-0, sconfiggendo Memphis Grizzlies, Indiana Pacers e New Jersey Nets. Nonostante gli infortuni occorsi ai tre capitani (Anthony, Billups e Kenyon Martin) hanno fatto perdere ai Nuggets un totale di 46 partite e poi l'assenza dell'allenatore George Karl, che ha subito un'operazione per un cancro al collo e alla gola, i Nuggets hanno vinto 53 partite (terza stagione consecutiva con più di 50 partite, prima volta nella storia della franchigia), vincendo la Northwest Division e classificandosi 4º in Western Conference. Sono stati tuttavia eliminati dagli Utah Jazz per 4-2, disputando il loro settimo turno di play-off in 16 anni. Anthony ha mantenuto una media di 30,7 punti a partita durante i play-off.