In 2012 boekte hij zijn eerste zege van betekenis op de weg. Tijdens de Vierdaagse van Duinkerke won hij de vierde etappe. Later dat jaar won hij ook nog een rit in de Ronde van Polen. In 2013 brak Štybar door op de weg. In zijn allereerste Parijs-Roubaix streed hij mee voor de overwinning, tot hij moest uitwijken voor een fotograaf. Uiteindelijk werd hij zesde. Later dat jaar won hij in de Eneco Tour twee etappes en het eindklassement. In de zevende etappe van de Ronde van Spanje van 2013 klopte hij Philippe Gilbert in de sprint, nadat ze met z'n tweeën waren ontsnapt op zo'n vijf kilometer van de finish. In 2013-2014 reed hij opnieuw enkele veldritten. Hij betwistte ook het WK. Hij pakte er ietwat verrassend zijn derde wereldtitel bij de profs. In het klassieke voorjaar van 2014 behaalde hij heel wat ereplaatsen. Later dat jaar werd hij voor het eerst nationaal kampioen van Tsjechië op de weg. Tijdens de Eneco Tour won hij opnieuw een etappe. In 2015 was Štybar de beste in de Strade Bianche, waar hij op de steile slotklim in Sienna Greg Van Avermaet en Alejandro Valverde van zich af wist te houden. Ook won hij dat jaar de zesde etappe in de Ronde van Frankrijk.