Dopo tredici anni nel motomondiale, per il campionato del 2016 decide di passare al mondiale Superbike a bordo di una Honda CBR1000RR SP del team Honda World Superbike. Il 15 maggio 2016, in occasione di Gara 2 sul Circuito di Sepang ottiene la sua prima vittoria nel Mondiale Superbike. Sempre nel 2016 è chiamato a sostituire l'infortunato Jack Miller per il Gran Premio di Aragona in MotoGP, in sella alla Honda RC213V del team Estrella Galicia 0,0 Marc VDS. In seguito alle fratture di clavicola e perone di Daniel Pedrosa, rimediate nelle prove libere del Gran Premio del Giappone a Motegi, Hayden viene chiamato a prendere il suo posto nel successivo appuntamento di Phillip Island. Il pilota del Kentucky riveste così, dopo otto anni, la tuta di pilota ufficiale HRC. Ottiene in tutto un punto. Nel mondiale Superbike chiude la stagione al quinto posto con 248 punti ottenuti.