セカンドアルバム『ザ・ローリング・ストーンズ No.2』は1965年1月にリリースされチャート1位となり、アメリカ盤は2月に『ザ・ローリング・ストーンズ・ナウ!』がリリース、チャート5位となる。アルバムはシカゴのチェス・スタジオおよびロサンゼルスのRCAスタジオで録音された。1965年の1月から2月にかけてバンドはオーストラリアとニュージーランドで34回のショーを行い、100,000人が動員された。ジャガー／リチャード名義で作曲した曲で（当時、キース・リチャーズはファミリー・ネームをリチャードと名乗っていて、1970年代後半にリチャーズに戻した）、最初にイギリスのシングルチャート1位になったのは「ラスト・タイム」（1965年2月）であり、同曲はアメリカでは9位であった。キースは後にこの曲を「ストーンズにとって作曲について考える橋渡しとなった曲だ。それは俺たちに信用のレベルを与え、どのようにやっていくかの小道となった。」との認識を語った。バンドにとっての初の世界的ナンバー1ヒットは「サティスファクション」であり、同曲は1965年5月、3回目の北米ツアーの間に録音された。ファズで歪ませた特徴的なギターリフで始まり、キースはホーンセクションをガイドにしようと思い描いた。オールダムは意見を異にし、ホーンをオーバーダブせずに「サティスファクション」をリリースした。「サティスファクション」は1965年6月にアメリカでリリースされ、全米で4週連続No.1となる。以後、このソングライターチームによって何曲もの大ヒットナンバーを生んでいる。アメリカ版『アウト・オブ・アワ・ヘッズ』（1965年7月）もチャートNo.1となる。同作には7曲のオリジナル（ジャガー・リチャーズ名義が3曲、ナンカー・フェルジ名義が4曲）収録された。ストーンズの世界的No.1となった2番目の曲「一人ぼっちの世界」は1965年秋にリリースされ、続いてアメリカで『ディッセンバーズ・チルドレン』がリリースされた。1966年4月（アメリカは6月）にリリースされた『アフターマス』（イギリス1位；アメリカ2位）は、ストーンズにとって全曲がオリジナルとなった初のアルバムであった。このアルバムでブライアンはギターとハーモニカばかりでなく多くの貢献を果たした。中東からの影響を色濃くした「黒くぬれ!」ではシタールを演奏し、バラードの「レディ・ジェーン」ではダルシマーを演奏した。また、「アンダー・マイ・サム」ではマリンバを演奏した。そして、12分にも及ぶ「ゴーイン・ホーム」はトップセラーのロックアルバムに収録された初のジャムセッションとして注目された。ストーンズのイギリスおよびアメリカにおけるシングルチャートでの成功は1966年にピークに達した。「19回目の神経衰弱」（1966年2月、イギリス2位；アメリカ2位）の後には最初の英米ナンバー1の「黒くぬれ!」が続いた。「マザーズ・リトル・ヘルパー」（1966年6月）はアメリカでのみシングルリリースされ、8位となった。同曲は麻薬乱用問題に言及した初のポップソングの一つであった。この曲でミックは通常使うアメリカ南部のアクセントよりも自身の自然なロンドン訛りで歌っている。1966年9月の「マザー・イン・シャドウ」（イギリス5位；アメリカ9位）はいくつかの点で注目に値した。ストーンズの曲で初めてブラスセクションを取り入れ、ジャケット裏の写真は女装したメンバーの物であった。また、ピーター・ホワイトヘッドによって初のプロモーションフィルムが作られた。1967年1月、『ビトウィーン・ザ・バトンズ』（イギリス3位；アメリカ2位）がリリースされる。本作はアンドリュー・オールダムがプロデューサーとして関わった最後のアルバムであった（バンドマネージャーとしての役割は1965年にアラン・クレインに引き継がれていた）。アメリカ版では両A面シングルの「夜をぶっとばせ c/w ルビー・チューズデイ」が収録され、アメリカでは1位、イギリスでは3位となった。バンドはニューヨークで「エド・サリヴァン・ショー」に出演、「夜をぶっとばせ」を演奏したが、歌詞を「let's spend some time together」に変えるよう要請された。1967年の前半、ミック、キース、ブライアンは気晴らしで始めた麻薬に対して「ニュース・オブ・ザ・ワールド」紙が「Pop Stars and Drugs: Facts That Will Shock You」と題した3部構成の記事を発表した後、当局による摘発を受ける。記事ではザ・フーのピート・タウンゼントやクリームのジンジャー・ベイカーらが参加したムーディー・ブルースが主催したLSDパーティについて述べ、トップスター達が薬物を使用していることを暴露した。最初の記事ではドノヴァンがターゲットにされ（すぐ後に摘発され罰金刑を受ける）、第2回（2月5日発行）でストーンズがターゲットにされた。記事の提供者はロンドンの高級クラブ、ブレーズで一晩を過ごしたが、そこでストーンズのメンバーは数個のベンゼドリンの錠剤を所持し、ハシシのかけらを示し、彼の住居に仲間を誘ってそれを吸ったとされた。記事ではこれはミック・ジャガーのことであるとしたが、これは間違いであったとされた。事実提供者はこれはブライアン・ジョーンズのことであるとした。記事が発表された夜、ミックはエイモン・アンドリュースのトークショーに出演、同紙を名誉毀損で訴えると発表した。1週間後の2月12日日曜日、サセックス警察はキースの運転手からの内通を受けて、レッドランズのキースの自宅で行われていたパーティを捜査した。逮捕者はいなかったものの、警察は麻薬容疑の証拠品を押収、後にミックとキースおよび友人の画商ロバート・フレーザーが告発された。キースは2003年に「レッドランズで警察に捕まったとき、俺たちはこれが全体の異なったボールゲームであり、楽しみが止まったんだと突然分かったのさ。その時までそれは、まるでロンドンが自分が欲しいときにできた美しい空間に存在しているかのようだったんだ。」警察の捜査責任者は後に加えた。「私がそれを聞いたとき、彼は2度と同じように歩かなかった。」警察の捜査の結果を待っている間の1967年3月、ミック、キース、ブライアンは、マリアンヌ・フェイスフル、ブライアンのガールフレンドのアニタ・パレンバーグなどの友人と一緒にモロッコへの短期旅行を行った。この旅行の間にブライアンとアニタの関係は悪化し、アニタはキースと共にモロッコを離れた。キースは後に「そいつは俺とブライアンとの棺の最後の釘だった。奴は俺を決して許さないだろうし、俺は奴を責める気は無いが、最悪の出来事が起こった。」と語っている。キースとアニタはその後12年間を共に過ごした。この様にメンバー間の関係は複雑だったにも関わらず、ストーンズは1967年3月から4月にかけてヨーロッパツアーを行った。このツアーでは、ポーランド、ギリシャ、イタリアでの初のコンサートも含まれた。1967年5月10日、ミック、キースとフレーザーはレッドランドでの一件に関連して逮捕された。同日ブライアンの自宅が警察によって捜査され、大麻所持の容疑でブライアンも逮捕された。メンバー5人の内3人が麻薬容疑で逮捕されることとなり、ミックとキースは6月末に起訴された。6月29日、ミックはアンフェタミン錠剤4錠の所持容疑で3ヶ月の禁固刑を宣告された。キースは自宅の敷地内で大麻の喫煙を許したことで懲役1年の有罪判決を受けた。ミックとキースはその時点で投獄されたが、翌日には上訴を保留して保釈された。タイムズ紙は「牛刀を以て鶏を割くのは誰だ？ -Who breaks a butterfly on a wheel?-」と題したウィリアム・リーズ＝モッグによる擁護記事を掲載した。記事はミックが「純粋に匿名の若者」よりもマイナーな最初の犯罪ではるかに厳しい扱いを受けていたことを指摘している。上告の判決を待っている間、バンドはファンが示す忠誠心への感謝の気持ちとして、ニューシングル「この世界に愛を」を録音した。それは刑務所のドアが閉まる音で始まり、プロモーションフィルムにはオスカー・ワイルドの裁判の暗示が含まれていた。7月31日に控訴裁判所はキースの判決を覆し、ミックの判決は条件付き釈放に至った。ブライアンの裁判は1967年11月に行われた。最初の求刑を控訴した後の12月にブライアンは1000ポンドの罰金を科せられ、3年間の保護観察と専門的な治療を受けるよう命じられた。1967年12月、ビートルズの『サージェント・ペパーズ・ロンリー・ハーツ・クラブ・バンド』リリース直後に『サタニック・マジェスティーズ』（イギリス3位；アメリカ2位）がリリースされた。『サタニック・マジェスティーズ』はミック、キース、ブライアンが訴訟問題を抱えるという難しい状況の下でレコーディングが行われた。バンドはこのセッション中にプロデューサーのアンドリュー・オールダムと袂を分かった。この分裂は少なくとも公的には友好的であったが、ミックは2003年に「アンドリューが去った理由は、彼は俺たちが集中していないと考え、俺たちは幼稚であると思ったからだ。本当に最悪な瞬間だった。そして俺はアンドリューにとっても最悪な瞬間だったろうと思ったよ。そこには気を散らすようなことがたくさんあって、その時点で集中させる必要があった。それはアンドリューの仕事だった。」と語っている。このように、『サタニック・マジェスティーズ』はストーンズが自らプロデュースした最初のアルバムとなった。そのサイケデリックなサウンドはカバーアートで補完され、マイケル・クーパーによる3D写真が貼り付けられた。クーパーは『サージェント・ペパー』のカバー写真も担当していた。ビル・ワイマンの「イン・アナザー・ランド」はシングルカットもされたが、これはミックがリードを歌わなかった初の曲となった。バンドは1968年前半の数ヶ月間、次のアルバムの素材に取り組んだ。このセッションから5月にシングルとして「ジャンピン・ジャック・フラッシュ」がリリースされた。この曲とアルバム『ベガーズ・バンケット』（イギリス3位；アメリカ5位）は、カントリーソングとブルースからインスパイアされた曲を網羅し、バンドのルーツへの回帰を示し、プロデューサーのジミー・ミラーとのコラボレーションの始まりとなった。本作には「ストリート・ファイティング・マン」（1968年5月の政治的な騒乱に影響を受けた）と「悪魔を憐れむ歌」も収められた。「悪魔を憐れむ歌」は、「歌詞が神を冒涜している」という宗教団体からの抗議が起こり、このアルバムが大量に燃やされるという事件があった。この曲のレコーディング風景は、ジャン＝リュック・ゴダール監督による音楽映画『ワン・プラス・ワン』として記録されている。『ベガーズ・バンケット』はリリース直後、好意的に評価された。キースはこの頃からリズムパート（しばしばカポと一緒に）にオープン・チューニングを使い始めた。1968年にはオープンEまたはオープンDチューニングが最も顕著だった。1969年になるとしばしば5弦のオープンGチューニング（6弦は取り外した）を使うようになり、1969年のシングル「ホンキー・トンク・ウィメン」、 「ブラウン・シュガー」（『スティッキー・フィンガーズ』1971年）、 「ダイスを転がせ」（カポIV）、「ハッピー」（カポIV）（『メインストリートのならず者』1972年）、「スタート・ミー・アップ」（『刺青の男』1981年）などで聴かれるようになった。1968年末には『ロックンロール・サーカス』の撮影が行われた。同作にはジョン・レノン、オノ・ヨーコ、ザ・ダーティ・マック、ザ・フー、ジェスロ・タル、マリアンヌ・フェイスフル、タジ・マハールらが出演した。映像は28年間にわたって公開されなかったが、最終的に1996年に正式にリリースされた。2004年10月にはDVD版がリリースされた。『ベガーズ・バンケット』のリリース後、ブライアン・ジョーンズはますますトラブルを起こし、バンドへの貢献は散発的なものとなっていた。ミックはブライアンが「この生き方には心理的に適していない」と述べている。彼の薬物使用は障害になっており、彼はアメリカ合衆国のビザを取得することができなかった。キースは、ブライアンの家で6月に行われたミック、キース、チャーリーの話し合いでブライアンは「再びロードに出る」ことができないと認め、「俺は辞める。そしてもし俺がそうしたければ俺は戻ってくることができる。」と言ってバンドを脱退した、と伝える。脱退から1ヶ月足らずの1969年7月3日、ブライアンはハートフィールドにあるコットフォード・ファームの自宅のプールで、不思議な状況の下に溺死しているところを発見された。ちなみにブライアン邸は、以前『クマのプーさん』の作者として有名なA・A・ミルンが住んでいた家でもある。。ストーンズはブライアンの死から2日後となる7月5日に、ロンドンのハイド・パークにあるブラックヒル・エンタープライズの無料コンサートで演奏を行う予定だった。彼らはブライアンの追悼としてコンサートを行うことに決めた。ブライアンの後任となる新ギタリストはジョン・メイオール＆ブルースブレイカーズ出身のミック・テイラーに決定し、テイラーとの最初のコンサートは、推定250,000人のファンの前で行われた。演奏はグラナダテレビの制作チームによって撮影され、イギリスでは『ストーンズ・イン・ザ・パーク』として放映された。ミックはパーシー・ビッシュ・シェリーが友人ジョン・キーツの死を悼んで書いた詩「アドナイス」からの一節を朗読した。彼らはブライアンの記憶の中で何千匹もの蝶を放った。ショーのオープニングではジョニー・ウィンターの「アイム・ユアーズ・アンド・アイム・ハーズ」が演奏された。また、次回作の『レット・イット・ブリード』（1969年12月）からの未発表曲「ミッドナイト・ランブラー」「むなしき愛」および『メインストリートのならず者』（1972年5月）からの「ギブ・ミー・ア・ドリンク」も演奏された。このコンサートはリリースされたばかりの「ホンキー・トンク・ウィメン」の初演でもあった。ブラックヒル・エンタープライズのステージ・マネージャー、サム・カトラーは彼らを「世界最大のロックンロール・バンド」として紹介した。カトラーはその後ストーンズのロードマネージャーとなり、69年アメリカツアーでは前述の紹介を繰り返した。『レット・イット・ブリード』（イギリス1位；アメリカ3位）は12月にリリースされた。60年代の最後のアルバムである本作には「ギミー・シェルター」が収録された。この曲では女性ヴォーカリストとしてメリー・クレイトン（リトル・フィートのメンバーであるサム・クレイトンの姉）が起用され、有名なソロ部分を歌っている。その他には「無情の世界」（ロンドン・バッハ合唱団はコーラスで参加したが、他の収録曲の内容から「恐れ」たためクレジットの削除を要求した。しかしその後この要求を撤回した。）、「ミッドナイト・ランブラー」、ロバート・ジョンソンのカヴァーである「むなしき愛」が含まれた。ブライアンとテイラーはそれぞれ2曲に参加している。ストーンズはアメリカツアーの直後、サンフランシスコから東に約50マイル離れたオルタモント・スピードウェイで行われたオルタモント・フリーコンサートに出演した。このコンサートでは暴走族ヘルズ・エンジェルスが警備に雇われたが、観客の黒人青年メレディス・ハンターが武器を持っていたとして彼を刺殺するという、いわゆる「オルタモントの悲劇」が起こった。ツアーの一部とオルタモント・コンサートの様子はメイスルズ兄弟の手によって『ギミー・シェルター』に収められた。また、ブートレグが広く出回るようになったため（本ツアーの様子は「Live'r Than You'll Ever Be」としてリリースされた）、その対応として『ゲット・ヤー・ヤ・ヤズ・アウト（イギリス1位；アメリカ6位）』が1970年にリリースされた。評論家のレスター・バングスは史上最高のライブアルバムと評している。この年の大晦日には60年代のヒット曲を特集したBBC製作の番組「Pop Go The Sixties」に出演し、ストーンズは「ギミー・シェルター」を演奏している。