2015 blieb Dixon bei Ganassi. Nach zwei Rennen ohne Top-10-Platzierung gewann er in Long Beach und wurde Dritter in Birmingham. Beim Indianapolis 500 erzielte er die Pole-Position und die meisten Führungsrunden. Er beendete das Rennen auf dem vierten Platz. Im weiteren Saisonverlauf gewann er außerdem in Fort Worth. Dixon ging als Dritter der Fahrerwertung in das letzte Saisonrennen in Sonoma, das er für sich entschied und in dem er die Bonuspunkte für die meisten Führungsrunden holte. Damit war er mit 556 Punkten punktgleich mit Montoya an der Spitze des Klassements. Da Dixon einen Sieg mehr als Montoya hatte, gewann Dixon den Meistertitel. Dixon war 2015 mit drei gewonnenen Rennen zudem der Fahrer mit den meisten Siegen.