Parti en des 500 miles d'Indianapolis, il termine finalement en quatrième position. Il termine ensuite troisième de la première course de Déroit. Lors de la deuxième course, il manque un freinage sous la pression de Ryan Hunter-Reay, crevant et terminant douzième. Il termine ensuite troisième du Grand Prix automobile du Texas, derrière Scott Dixon et Simon Pagenaud. Seizième à Road America, neuvième en Iowa et huitième à Toronto, il s'impose sur la course suivante, lors du Grand Prix de Mid-Ohio, devant Will Power et Josef Newgarden. Il s'impose ensuite lors de la course suivante, à Pocono, où il devance Will Power et Scott Dixon, réduisant son écart sur celui-ci à au championnat. Les écarts au classement se resserrent encore après la course suivante remportée par Will Power devant Alexander Rossi et Scott Dixon. Il termine huitième de la course de Portland, remportée par Takuma Satō. Dès le premier virage du Grand Prix de Sonoma, dernière course de la saison, Rossi accroche son coéquipier Marco Andretti et est victime d'une crevaison. Reparti en , il effectue une remontée jusqu'à la septième place, ce qui s'avère insuffisant, Dixon remportant le titre en terminant deuxième d'une course remportée par Ryan Hunter-Reay. Rossi termine avec deuxième avec derrière Dixon, 678, Will Power prenant la troisième place avec .