In der Formel-1-Weltmeisterschaft 2011 bildete Rosberg erneut das Mercedes-Fahrerduo mit Schumacher. Nachdem er die ersten zwei Rennen ohne Punkte geblieben und er damit erstmals bei Saisonauftakt nicht in die Punkteränge gefahren war, führte Rosberg das Rennen in China für mehrere Runden an und kam auf dem fünften Platz ins Ziel. Während Rosberg bei den ersten sieben Rennen nur dreimal in die Top-10 kam, verpasste er bei den restlichen zwölf Rennen nur durch einen Ausfall einmal die Top-10. Beim Großen Preis von Ungarn startete Rosberg zum 100. Mal zu einem Formel-1-Rennen. Teamintern setzte er sich erneut mit 89 zu 76 Punkten gegen Schumacher durch, obgleich Schumacher mit einem vierten Platz das beste Ergebnis für Mercedes in diesem Jahr erzielt hatte. Rosberg schloss die Weltmeisterschaft zum dritten Mal in Folge als Siebter ab.