Ein Rennen später, beim Großen Preis von Belgien gewann er sein drittes Rennen in der Saison 2010 vor Webber. Hamilton führte das Rennen von der ersten Runde an und kam am besten mit den wechselnden Wetterbedingungen zurecht. Er übernahm damit abermals die Weltmeisterschaftsführung, die er allerdings nur bis zum nächsten Grand Prix behielt. Bei den nächsten zwei Rennen folgten Ausfälle nach Kollisionen. In Italien schied er bereits in der ersten Runde nach einer Kollision mit Massa aus. Beim Großen Preis von Singapur kollidierte er, nachdem er nach einem Boxenstopp hinter Webber zurückgefallen war, beim Versuch seinen Gegner zu überholen mit ihm und fiel aus. Bei den nächsten drei Rennen kam er jeweils unter den ersten fünf Piloten ins Ziel und stand in Korea als Zweiter auf dem Podest. Mit 24 Punkten Rückstand auf den Führenden Alonso ging Hamilton mit einer theoretischen Titelchance ins letzte Rennen, dem Großen Preis von Abu Dhabi. Von Platz zwei startend wurde er Zweiter. Es reichte somit nicht zum Titel und er beendete die Saison auf dem vierten Platz mit 240 Punkten.