2011年はレギュラーシーズン中の公式戦出場は果たせなかったが一軍で遊撃手を守ってきた選手の怪我の多発やフェニックスリーグでの好調さが評価され、中日ドラゴンズとのクライマックスシリーズファイナルステージ第2戦に1番・遊撃手として先発出場。4打数無安打に終わったが、CSで高卒新人野手の先発は山田が史上初であった。第3戦には山井大介から四球を選び初出塁と青木宣親の適時打で初得点を記録した。第4戦では川井雄太から右翼線への二塁打で初安打、浅尾拓也からタイムリーを放ち初打点を記録し、2安打1打点をあげた。2012年4月5日に代打でシーズン公式戦初出場、初打席、初安打を記録。8月10日の対読売ジャイアンツ戦で内海哲也から初本塁打を記録した。2013年は遊撃手としての守備難と田中浩康の打撃不振により、5月の一軍昇格後は二塁手固定での出場がほとんどだった。同年10月6日には広島東洋カープの前田健太からプロ初の満塁本塁打を記録している。2014年は杉村繁打撃コーチとのマンツーマンの指導により打撃が大幅に向上した。4月から9月にかけて、NPBでは史上初の6カ月連続初回先頭打者本塁打を達成。監督推薦でオールスターゲームに選出されると、第2戦で本塁打を含む2安打を放ち敢闘選手賞を獲得した、8月はリーグトップとなる41安打を記録し、自身初の月間MVPを受賞した。10月6日の対横浜DeNAベイスターズ戦の第4打席でこの日3安打目を放ち、1950年に阪神の藤村富美男が記録した日本人右打者のシーズン通算191安打に並ぶと、続く8回の一死満塁で迎えた第5打席で山口俊から逆転満塁本塁打を放ち、新記録を樹立した。最終的に193安打を放ち、最多安打を獲得。OPS.941はリーグ2位、wRAA48.4はリーグトップだった。オフの10月9日に、日米野球2014の日本代表に選出された。なおこの大会では、プロ入り後初めてとなる一塁手での出場があった。2015年開幕前の2月16日に「GLOBAL BASEBALL MATCH 2015 侍ジャパン 対 欧州代表」の日本代表に選出された。同年3月10日の第1戦に「8番・一塁手」で先発出場した。3月11日の第2戦でも「2番・二塁手」で先発起用され、レスリー・ナカルから本塁打を記録している。シーズンでは、8月22日の対中日戦で3打数連続本塁打を放ち、前日の最後の打席から通算してプロ野球タイ記録となる4打数連続本塁打を記録。この連続本塁打で今季の本塁打を31本とし、自身初の30本塁打をクリアした。9月6日の対広島戦では30個目の盗塁となる二盗を決め、トリプルスリーに王手をかけた。チームで唯一全試合フルイニング出場を果たし、打率.329、38本塁打、100打点、34盗塁といずれもキャリアハイの成績を残し、2002年の松井稼頭央以来、プロ野球史上9人目、球団では初のトリプルスリーを達成した。23歳での達成はセントラル・リーグ最年少記録である。トリプルスリー・100打点の同時達成は1950年の別当薫・岩本義行以来、65年ぶりであり、プロ野球史上3人目。月間MVPは7月〜9月の3カ月連続で受賞した。セ・リーグ野手での月間MVP3ヶ月連続受賞は2007年のアレックス・ラミレス（2007年7月～9月）以来となる快挙だった。打率・安打数・打点はそれぞれリーグ2位を記録した他、本塁打王、盗塁王、最高出塁率の打撃タイトルを獲得し、優勝したヤクルト打線の中心となる活躍を見せた。本塁打王と盗塁王の同時獲得と、トリプルスリーを達成しつつ盗塁王を獲得するのは、ともに史上初である。日本シリーズ（対福岡ソフトバンクホークス）では第3戦で日本シリーズ史上初の1試合3打席連続本塁打を記録。チームは1勝4敗で敗退したものの自身は日本シリーズ敢闘賞を受賞。NPB AWARDSでは、2年連続となるベストナインとセ・リーグMVPに選出された。同年10月9日には第1回WBSCプレミア12の最終ロースター28名に選出された。オフの12月8日に東京都内の球団事務所で契約更改に臨み、来シーズンから背番号が今年までの「23」から「1」に変更されることが正式に発表され、サプライズで登場した青木宣親から背番号1のユニホームを渡された。年俸は約8000万円から大幅増（1億4000万円増）となる約2億2000万円でサインした。高卒野手5年目オフの2億円到達は、イチロー、松井秀喜と並ぶ史上最速タイとなった。2016年開幕前の2月15日に「侍ジャパン強化試合 日本 vs チャイニーズタイペイ」の日本代表26名に選出された。同年シーズンでは6月は23試合に出場し、打率.346、28安打、10本塁打、28打点のうち打率・本塁打・打点がリーグ1位の成績となり、自身5度目となる月間MVPを受賞した。なお、ヤクルトで5度目の月間MVPはアレックス・ラミレスと並ぶ球団タイ記録である。しかし、7月30日の対読売ジャイアンツ戦（東京ドーム）で田原誠次の投げた球が背中に当たる。その後も試合に出続けたが8月9日の対中日ドラゴンズ戦（ナゴヤドーム）で痛みを訴えて途中交代。診断の結果、左第八肋骨骨挫傷のため出場登録を抹消された。復帰後、復調の兆しを見せたが9月11日の対阪神タイガース戦（明治神宮野球場）で岩貞祐太の直球がまたも背中に当たる。2度の死球で打撃成績は下降線をたどるも最終的に打率.304、38本塁打、30盗塁で2015年に続きトリプルスリーを達成。2年連続、複数回の達成はいずれもプロ野球史上初。併せて2年連続の盗塁王にも輝き、最多四球も記録した。オフの10月18日に「侍ジャパン 野球オランダ代表 野球メキシコ代表 強化試合」の日本代表に選出された。2017年は第4回WBCで日本代表に選出されて主に1番DHとして出場。2次ラウンド第2戦のキューバ戦で大会史上8人目となる先頭打者本塁打など1試合2本塁打の活躍を見せた。レギュラーシーズンではチームで唯一となる全試合フルイニング出場こそ達成したものの、年間を通して不振に苦しむ。最終的に打率.247、24本塁打、14盗塁でトリプルスリーには遠く及ばない結果となった。不調の原因は下半身のコンディションの悪さにあったと、OBの真中満は伝えている。2018年6月28日、対中日戦（明治神宮野球場）で9回裏に3ランホームランを放ちプロ8年目で初となるサヨナラ打（サヨナラ四球を除く）となった。7月9日には対巨人戦（静岡草薙球場）で史上66人目・平成生まれの選手では初となるサイクルヒットを達成した。7月20日の対中日戦（明治神宮野球場）から8月4日の対阪神戦（京セラドーム大阪）まで12試合連続で打点を記録。これはNPBでは1986年のランディ・バースに次ぐ歴代2位の記録で、日本人では歴代最長の記録である。8月31日の広島戦では2年ぶりの30盗塁を記録し、最終的に打率.315、34本塁打、33盗塁で自身3度目のトリプルスリーを達成した。2019年4月26日、菅野から青木宣親・山田・ウラディミール・バレンティンで3者連続本塁打を記録した。1カ月後の5月26日には同じ3人で再度3者連続本塁打を記録した。前者は平成最後の、後者は令和初の3者連続本塁打となった。9月4日の広島戦（明治神宮野球場）で、33号サヨナラ満塁本塁打を放ち、通算200号に到達した。27歳1カ月での200号達成は史上5番目の若さ。球団では最年少記録でバレンティンに次ぐ8人目の200号達成となった。また9月14日のDeNA戦で失敗するまで前年から続けて38の連続盗塁成功を続け、プロ野球新記録をマークした。シーズン全体の成績では30本塁打30盗塁はクリアしたが、打率は2割7分台にとどまり、4度目のトリプルスリーはならなかった。