Sua primeira vitória na categoria veio cinco anos depois, em 1990, na corrida mais importante da categoria, com um recorde de velocidade média de 185,981 mph (299,307 km/h). Luyendyk venceu a Indianapolis 500 de 1990 pela equipe Doug Shierson Racing. Seu recorde de velocidade média ficou intacto por 23 anos, até ser finalmente quebrada nas 500 Milhas de Indianápolis de 2013 por Tony Kanaan com uma velocidade média de 187,433 mph (301,644 km/h).