全豪オープンでは第4シードとして出場し、3回戦で第28シードの謝淑薇に5-7、6-4、6-1で勝利、4回戦で第13シードのアナスタシヤ・セバストワに4-6、6-3、6-4で勝利し、初めて全豪オープンベスト8に進出した。準々決勝では第6シードのエリナ・スビトリナに6-4、6-1で勝利し、これにより錦織圭と伊達公子の持つ4位の記録を上回り男女通じて日本勢最高の世界ランキング3位以上が確定した。準決勝では、第7シードのカロリナ・プリスコバに6-2、4-6、6-4で勝利した。勝利した方が世界ランキング1位となる決勝では、第8シードのペトラ・クビトバに7-6、5-7、6-4で勝利し初優勝を果たした。グランドスラム初優勝からの連続優勝はジェニファー・カプリアティ以来18年ぶり、オープン化以降史上6人目の快挙となった。また、生涯獲得賞金が11億円を超え杉山愛を抜き日本最多となった。今大会ではサービスエース・リターンエース・ウィナー・ブレークの数が女子シングルスの出場者で最も多く、これについて杉山愛は「大坂は『ビッグサーバー』から『オールラウンダー』の選手に変貌を遂げた」と語っている。また、他にも優勝の要因として、「肉体改造によるバックハンドの威力向上」「精神面での成長」を挙げた。1月28日付の世界ランキングで、李娜の持つ2位の記録を上回り男女通じてアジア人初の1位となった。しかし2月、サーシャ・バインとのコーチ関係を解消したところから、大坂の歯車が狂い始めた。3月のBNPパリバ・オープン、5月のマドリード・オープン、8月の全米オープンと、同世代のベリンダ・ベンチッチに3連敗。グラスコートシーズンではバーミンガム・クラシック、ウィンブルドン選手権とユリア・プチンツェワに連敗するなど苦しんだ。それでも9月に父のレオナルド・フランソワ氏が代理コーチに就任すると、生まれ故郷の大阪で開催された東レ・パンパシフィック・オープンでは2年連続決勝進出、決勝でアナスタシア・パブリュチェンコワを6-2, 6-3で下しツアー4勝目を挙げた。続くチャイナ・オープンでも、準々決勝で今年の全米オープンを制したビアンカ・アンドレースクを、準決勝では同大会前年優勝のキャロライン・ウォズニアッキを、そして決勝では世界ランキング1位のアシュリー・バーティをそれぞれ破り優勝。日本人選手が2大会連続で優勝するのは史上初のことであり、スランプからの復活を印象づけた。次戦は2年連続出場となるWTAファイナルズを予定している。
1月、全豪オープンでは、2回戦で第9シードのジョアンナ・コンタに敗れた。全仏オープンは初戦敗退。7月、ウィンブルドンでは2回戦で第22シードのバルボラ・ストリコバに勝利したが、3回戦で第10シードのビーナス・ウィリアムズに敗れた。全米オープンでは初戦で前回覇者で第6シードのアンゲリク・ケルバーに勝ちトップ10に初勝利した。全米オープンで前回覇者が1回戦で敗退するのは全137回のうち女子では2度目、男子を含めても3度目という歴史的な番狂わせであった。その後3回戦でカイア・カネピに敗れた。12月、セリーナ・ウィリアムズらトップ選手のヒッティング・コーチを務めたサーシャ・バインがコーチになった。彼はキャロライン・ウォズニアッキとの契約終了2日後にコーチの依頼が来たことに、掛け持ちはしないこと、自身から契約破棄しないことから3日前に連絡が来ていたら断っていたことを「これも運命だね」と語る。また女子選手が200km/hクラスの高速サーブを打てるならば、黙っていてもトップ30圏内に入れる可能性があるのに、当時70位前後であったのを理解できなかったという。
事件前、意見闘争の真っ只中であった農水省掲示板は、当時アンダーグラウンド系であった大手掲示板の「あやしいわーるど」に紹介されている。これにより「あやしいわーるど」から悪戯者が農水省掲示板へと流れ、騒ぎを大きくする原因となった。その中には、この事件の真犯人と言われる「アリス・リデル」というハンドルネームのハッカーも含まれた。この人物は農水省掲示板のセキュリティが高くない事に着目し「embed」というHTMLタグを用いて「aumhymn.mid」というMIDIファイルへのリンクを行ったという。結果として閲覧者のパソコンからはオウムソングが流れ出すこととなったが、この手法自体はHTMLの少々の知識で簡単に行えてしまうものであり、クラッキング等ではなく、細工に過ぎなかった。「aumhymn.mid」は地下鉄サリン事件当時に、教団とは無関係の第三者によって作られたもので、曲こそオウム真理教のものであったが、アレンジなどを見てもまったく教団とは関係のないものであった。本来なら「誰かのイタズラ」で終わってしまう程度の話だが、新聞、テレビなどのマスコミが取り上げたことで事件化した。当時のマスコミはインターネット関連の技術に詳しくなく、「ホームページから怪しい音楽が流れた」ことだけが注目され、かつオウム関係ニュースに新たな展開が欲しかったことも関係し、「農水省Webがハッキングされた」として報じてしまったのである。ただし、毎日新聞は、書き込みの中に表面上は見えない制御文字を忍び込ませる手口。この制御文字はオウム真理教ホームページの中にある曲「尊師マーチ」を読み込ませるようになっており、掲示板を開くと「ソンシ、ソンシ」と流れる仕掛けになっていた。と報じている。これにより本件は警察の関与する事件となったが、捜査の末行われたのは、オウム真理教信者宅への家宅捜索であった。これについて、オウムや後にオウム真理教信者である事が発覚した河上イチローは自著、「サイバースペースからの挑戦状」の中で「警察は真犯人を知りつつ、教団への捜査介入の口実として使った」と非難したが、当時の警察がサイバー犯罪捜査に明るくなかっただけである、との見方もあり真相は不明である。事件的に本件は、オウム真理教関係者の犯行として決着している。本件がサイバーテロであるという触れ込みは、サイバーテロ対策協議会（警視庁）の前身であり経済産業省内に設置されていた調査会の資料に、他数件の事件と共に掲載されていたことが発端であった。この資料は2001年（平成13年）の協議会設立とともに削除されたため現存しておらず、サイバーテロ対策協議会では、現在までのいずれの事件も公式にはサイバーテロと認めていない。