Nach diesem Erfolg wechselte Chaz Davies ab der Saison 2012 in die Superbike-Weltmeisterschaft. Seinem Team "ParkinGO" blieb er allerdings treu. Auf einer Aprilia RSV4 Factory konnte er bereits in seiner ersten Saison einen Sieg und drei dritte Plätze feiern. Am Ende belegte er den 9. Gesamtrang. 2013 wechselte Davies in das BMW-Werksteam. Sein Einsatzmotorrad war nun eine BMW S 1000 RR. Mit drei Siegen und drei weiteren Podestplatzierungen wurde er am Ende der Saison fünfter der Gesamtwertung. Seit 2014 fährt Chaz Davies im Ducati-Werksteam eine Ducati Panigale R. 2015 wurde er mit fünf Siegen und 13 weiteren Podestplatzierungen Vizeweltmeister. 2016 konnte er die letzten sechs Rennen in Folge gewinnen. Insgesamt errang er in dieser Saison elf Siege. Dennoch reichte es am Ende nur für den dritten Gesamtrang.