Jabarkan 2002–2003: "Serena Slam" dari Serena Williams

Pada awal 2002, cedera membuat Williams berhenti bermasin pada semifinal di Medibank International Sydney dan kemudian mundur dari Australia Terbuka. Kembali dari cedera, Williams memenangkan gelar pertamanya di Scottsdale, Arizona, mengalahkan No. 2 Jennifer Capriati, di final. Dia kemudian memenangkan Miami Masters untuk pertama kalinya, menjadi salah satu dari tiga pemain di Era Terbuka untuk mengalahkan pemain peringkat 3 teratas dunia di satu turnamen, setelah mengalahkan No. 3, Martina Hingis, di perempat final, No. 2 Venus di semifinal, dan pemain peringkat teratas, Capriati, di final. Kemenangan straight set Serena atas Venus adalah kemenangan kedua dalam kariernya atas saudara perempuannya.

Williams memainkan tiga turnamen lapangan tanah liat sebelum Prancis Terbuka 2002. Turnamen pertamanya adalah di Charleston, di mana dia menjadi unggulan ketiga. Williams mencapai perempat final sebelum kalah dari Patty Schnyder. Dia mencapai final lapangan tanah liat pertamanya pada Mei, di Eurocard German Open setelah kalah dari Justine Henin pada tiebreak set ketiga. Williams kemudian memenangkan gelar lapangan tanah liat pertamanya di Italia Terbuka, mengalahkan Capriati di semifinal dan Henin di final. Hal ini menaikkan peringkatnya ke posisi tertinggi baru No. 3. Williams adalah unggulan ketiga di Prancis Terbuka di Roland Garros, di mana ia merebut gelar pertamanya dengan mengalahkan juara bertahan Capriati di semifinal dan saudara perempuan Venus di final untuk memenangkan gelar keduanya Gelar turnamen Grand Slam (dan yang pertama dalam dua setengah tahun). Sebagai hasil dari mengangkat trofi di Pengadilan Philippe Chatrier, Williams naik ke karier tertinggi No 2, kedua setelah Venus.

Pada Kejuaraan Wimbledon 2002, Williams memenangkan kejuaraan tenis tertua untuk pertama kalinya dalam hidupnya, mengalahkan Venus untuk memenangkan gelar tunggal Grand Slam tanpa kehilangan satu set pun untuk pertama kalinya dalam karirnya. Kemenangan ini membuat Williams menjadi peringkat No. 1 dunia untuk pertama kalinya, mencopot saudara perempuannya dan menjadi wanita Afrika-Amerika ketiga yang memegang peringkat itu. Williams bersaudara juga memenangkan gelar ganda di turnamen tersebut, gelar ganda Grand Slam kelima untuk pasangan tersebut. Williams hanya memainkan satu turnamen antara Wimbledon dan AS Terbuka, kalah di perempat final JPMorgan Chase Open di Los Angeles dari petenis Amerika Chanda Rubin dan mengakhiri 21 kemenangan beruntun. Pemain unggulan teratas di AS Terbuka, Williams mencapai final di mana, untuk Grand Slam ketiga berturut-turut, ia mengalahkan saudara perempuannya untuk memenangkan gelar, mahkota AS Terbuka kedua dalam karirnya. Williams memenangkan dua gelar tunggal berturut-turut di musim gugur, mengalahkan Kim Clijsters untuk memenangkan Piala Putri Toyota di Tokyo, dan Anastasia Myskina untuk memenangkan Piala Sparkassen di Leipzig, Jerman. Dia mencapai final di Kejuaraan Home Depot akhir tahun di Staples Center di Los Angeles, di mana dia kalah dari unggulan kelima Clijsters dalam dua set langsung, mengakhiri kemenangan beruntun 18 pertandingan. Williams menyelesaikan tahun 2002 dengan rekor 56–5 W/L, delapan gelar tunggal, dan peringkat No. 1.Dia adalah orang Afrika-Amerika pertama yang mengakhiri tahun dengan peringkat itu sejak Althea Gibson pada tahun 1958 dan merupakan wanita pertama yang memenangkan tiga gelar turnamen Grand Slam dalam satu tahun sejak Hingis pada tahun 1997. Tiga gelar Grand Slam berturut-turutnya untuk menutup tahun 2002 juga membuat Williams menjadi pemain ketiga dalam sejarah tenis yang memenangkan "Surface Slam", tiga gelar Slam pada tiga permukaan pada tahun kalender yang sama, setelah Navratilova (1984) dan Graf ( 1993, 1995, 1996).

Pada Australia Terbuka 2003, Williams mencapai semifinal turnamen untuk pertama kalinya, di mana ia bangkit dari ketertinggalan 5-1 pada set ketiga dan menyelamatkan dua match point sebelum mengalahkan Clijsters. Di final, Serena menghadapi Venus untuk final turnamen Grand Slam keempat berturut-turut, mengalahkan kakak perempuannya untuk menjadi wanita keenam di Era Terbuka yang menyelesaikan karier Grand Slam, bersama Margaret Court, Billie Jean King, Chris Evert, Martina Navratilova, dan Steffi Graf. Dia juga menjadi wanita kelima yang memegang semua gelar tunggal Grand Slam secara bersamaan, bergabung dengan Maureen Connolly Brinker, Court, Graf, dan Navratilova. Prestasi ini dijuluki "Serena Slam" oleh pers. Kakak beradik Williams memenangkan gelar ganda Grand Slam keenam mereka bersama-sama di acara ini.

Selama musim semi 2003, Williams merebut gelar tunggal di Open Gaz de France dan Sony Ericsson Open. Rekor kemenangan Williams berakhir ketika dia kalah di final Family Circle Cup dari Henin, kekalahan pertamanya tahun ini setelah 21 kemenangan. Dia juga kalah dari Mauresmo di semifinal Internazionali BNL d'Italia di Roma. Terlepas dari kekalahan ini, Williams adalah unggulan teratas di Prancis Terbuka, di mana ia kalah di semifinal dari juara akhirnya Henin, menandai kekalahan pertama Williams di turnamen Grand Slam sejak 2001. Pertandingan itu kontroversial, karena Williams mempertanyakan sportivitas Henin, dan penonton memuji kesalahan Williams. Williams bangkit dari kekalahan Prancis Terbuka beberapa minggu kemudian di Kejuaraan Wimbledon 2003, mengalahkan Henin di semifinal dan Venus di final. Ini adalah gelar Wimbledon kedua berturut-turut Williams dan gelar tunggal Grand Slam keenamnya secara keseluruhan. Wimbledon adalah turnamen terakhir Williams tahun 2003; dia mengundurkan diri dari tiga acara di AS dan kemudian menjalani operasi pada tendon paha depan di lututnya pada awal Agustus. Williams awalnya diperkirakan akan absen selama enam sampai delapan minggu.

2004–2007: Cedera dan Kembali Bermain

Setelah delapan bulan dari tur, Williams memulai bermain kembali di NASDAQ-100 Terbuka 2004 di Miami pada bulan Maret, di mana dia membuat kemenangan kembali saat dia memenangkan gelar untuk ketiga kalinya berturut-turut.

Meski menduduki peringkat 7, Williams diunggulkan menjadi pemain kedua di Prancis Terbuka, di mana, setelah memenangkan empat pertandingan, ia kalah dari Capriati di perempat final. Itu adalah pertama kalinya Williams kalah sebelum semifinal di turnamen tunggal Grand Slam sejak Wimbledon pada 2001. Beberapa minggu kemudian, meskipun peringkatnya turun ke peringkat 10, Williams diunggulkan sebagai pemain pertama di Wimbledon. Dia memenangkan enam pertandingan dalam perjalanan ke final, di mana unggulan ke-13 Sharapova mengalahkannya dengan dua set langsung. Kekalahan ini menyebabkan peringkatnya turun dari 10 besar untuk pertama kalinya sejak 1999. Kemudian musim panas itu, Williams mencapai final ketiganya tahun ini di JPMorgan Chase Open di Los Angeles di mana dia kalah dari Lindsay Davenport yang merupakan kekalahan pertamanya sejak 2000 AS Terbuka. Setelah kehilangan kejuaraan nasionalnya pada 2003, Williams kembali ke AS Terbuka 2004, di mana ia diunggulkan ketiga meskipun peringkatnya No 11. Dia kalah di perempat final AS Terbuka dari Capriati dalam tiga set dengan cara yang kontroversial. Musim gugur itu, Williams memenangkan gelar keduanya tahun ini, di China Terbuka, mengalahkan juara AS Terbuka Svetlana Kuznetsova di final. Musim sukses Williams memungkinkannya lolos ke Kejuaraan Tur, yang diadakan lagi di Los Angeles. Pada fase round-robin turnamen, Williams mengalahkan Dementieva dan Anastasia Myskina dan kalah dari Davenport, tetapi masih maju ke tahap eliminasi. Setelah memenangkan semifinal, dia kalah dari Sharapova di final, di mana dia menderita cedera perut.[101] Williams selesai 2004 peringkat No 7, tetapi tidak memenangkan turnamen tunggal Grand Slam untuk musim pertama sejak 2001.

Pada Australia Terbuka 2005, Williams menyelamatkan tiga match point untuk mengalahkan Sharapova 8–6 di babak ketiga semifinal mereka. Di final, Williams mengalahkan unggulan teratas Davenport untuk memenangkan Australia Terbuka keduanya dan gelar tunggal Grand Slam ketujuh, memenangkan 12 dari 15 pertandingan terakhir. Kemenangan itu menggerakkan Williams kembali ke No. 2 tetapi menyatakan bahwa dia menargetkan posisi teratas.

Williams menyelesaikan hanya dua turnamen antara Australia Terbuka dan Wimbledon, kalah dari Venus di Miami dan di Internazionali BNL d'Italia dari Francesca Schiavone saat Williams mengalami serangkaian pengunduran diri dan mundur. Cedera pergelangan kaki yang berulang menyebabkan dia melewatkan Prancis Terbuka.[107] Dia kembali untuk Wimbledon sebagai pemain unggulan ke-4, tetapi dikalahkan di babak ketiga oleh No 85, Jill Craybas. Di AS Terbuka, Williams kalah dari saudara perempuannya Venus di babak keempat. Ini adalah pertemuan pertama kedua bersaudara itu di turnamen Grand Slam sejak pertemuan pertama mereka, di Australia Terbuka 1998. Williams hanya memainkan satu pertandingan lagi musim gugur itu, kalah dari Sun Tiantian nomor 127 di turnamen di Beijing. Dia gagal lolos ke kejuaraan akhir tahun untuk pertama kalinya sejak tahun 1998 dan dia menyelesaikan tahun 2005 peringkat No 11, pertama kalinya menyelesaikan musim di luar 10 besar sejak tahun 1998. Williams melakukan debutnya pada tahun 2006 di Australia Terbuka. Mempertahankan gelar, Williams kalah dari Daniela Hantuchová di ronde ketiga. Setelah turnamen, dia mengatakan kepada pers bahwa dia terluka, menyalahkan kurangnya kebugaran dan cedera lutut karena membuatnya keluar dari lapangan. Dalam biografinya, Williams mengklaim bahwa dia sebenarnya menderita depresi. Dia menjauh dari tenis pro selama enam bulan selama musim 2006. Setelah dia menutup diri dari dunia selama beberapa waktu, Williams menemui terapis setiap hari. Setelah kesempatan bertemu dengan seorang gadis muda yang mengidolakan Williams dan percaya bahwa dia masih bisa menang, Williams mendaftar untuk bermain di Cincinnati, turnamen pertamanya sejak Melbourne. Williams merosot ke No. 139, peringkat terendah yang dia pegang sejak 1997. Saat kembali, Williams mengalahkan Myskina dan Bethanie Mattek, sebelum kalah di semifinal dari Vera Zvonareva. Dia juga mencapai semifinal di Los Angeles, kalah dari Jankovic dalam dua set langsung. Di AS Terbuka, Williams membutuhkan wildcard untuk memasuki turnamen, karena peringkatnya pada waktu cut-off adalah No. 139, di luar otomatis 102. Peringkatnya telah meningkat menjadi 79 pada saat turnamen dimulai. Dia kalah dari unggulan teratas Mauresmo di babak keempat. Setelah AS Terbuka, dia tidak bermain lagi pada tahun 2006, mengakhiri tahun dengan peringkat No. 95, peringkat akhir tahun terendahnya sejak 1997.

Williams memulai tahun 2007 dengan keyakinan baru, menyatakan niatnya untuk kembali ke peringkat teratas, dimana Juara tunggal putra Wimbledon 1987 dan komentator Pat Cash menganggapnya "tertipu".

Williams kalah di perempatfinal Hobart International, pemanasan untuk Australia Terbuka di mana Williams tidak diunggulkan karena peringkatnya yang ke-81 dan secara luas dianggap sebagai "tidak fit". Dia mengalami sejumlah besar tekanan pada dirinya sendiri sebelum turnamen, datang dari penggemarnya dan pers serta Williams sendiri tentang berat badannya, fokus dan membutuhkan pertunjukan yang baik.

Sesaat sebelum pertandingan pertamanya, seorang perwakilan dari Nike mengunjunginya di ruang pemain, memberi tahu dia bahwa jika dia tidak tampil di level biasanya, perusahaan mungkin akan menurunkannya. Williams mengklaim bahwa ultimatum Nike berarti bahwa dia setidaknya harus mencapai perempat final. Gangguan dari Nike tidak mengalihkan perhatian Williams, karena dia hanya kalah tiga game dari Mara Santangelo dan mengalahkan Anne Kremer dalam dua set langsung. Pada titik ini, lepuh telah berkembang di kaki Williams dan dia terkena flu. Di ronde ketiga, Williams mendapati dirinya terpaut dua poin untuk pulang melawan Nadia Petrova, tetapi bangkit untuk menang dalam tiga set, yang merupakan kemenangan pertamanya atas pemain 10 besar sejak mengalahkan Lindsay Davenport di final Australia Terbuka 2005. Williams kemudian berhasil mencapai final, mengalahkan Jankovi, Pe'er dan Vaidišová. Williams menggambarkan mereka sebagai "pemain bagus. Pemain kuat. Pemain yang tentu saja tidak mengharapkan kelebihan berat badan, tidak bugar, telah menjadi juara seperti saya untuk memberi mereka permainan." Williams juga menemukan dirinya dua poin dari pergi melawan Peer sebelum membalikkannya. Pada saat Williams mencapai final, hawa dingin dan panas telah hilang. Meninjau final, Tracy Austin menyatakan bahwa, meskipun Williams menjalani turnamen yang hebat, dia percaya bahwa perjalanannya telah berakhir dan Sharapova tidak akan mengalami masalah dengan Williams. Williams menganggap itu kejam dan tidak perlu dan menggunakannya sebagai motivasi bersama dengan kritik lainnya. Di final, Williams hanya kalah tiga pertandingan melawan Maria Sharapova, memenangkan gelar pertamanya di turnamen mana pun sejak memenangkan Australia Terbuka 2005 24 bulan sebelumnya. Williams menjadi pemain pertama sejak Chris O'Neil yang memenangkan gelar saat tidak diunggulkan, dan merebut gelar Australia Terbuka ketiganya dan gelar Grand Slam kedelapan secara keseluruhan. Kemenangan itu mengangkat Williams ke peringkat 14. Williams mendedikasikan gelar itu untuk saudara tirinya yang telah meninggal, Yetunde. Penampilannya di final digambarkan dalam pers sebagai "salah satu penampilan terbaik dalam karirnya" dan "bisa dibilang tampilan paling kuat yang pernah dilihat dalam tenis wanita". Dalam wawancara pasca-pertandingannya, Williams mengecam para pengkritiknya, menyatakan bahwa dia telah membuktikan bahwa mereka salah. Williams memenangkan Sony Ericsson Open di Miami untuk keempat kalinya dengan mengalahkan Justine Henin. Williams harus mencatat kemenangan dari belakang setelah dikaburkan di set pertama dan menyelamatkan dua match point di set kedua. Dia bermain untuk negaranya di Piala Fed untuk pertama kalinya sejak 2003 dalam pertandingan melawan Belgia, dan memenangkan pertandingan pembukaannya tetapi mengundurkan diri dari pertandingan kedua, karena cedera lutut.

Di Prancis Terbuka, Williams kalah di perempat final dari Henin. Selama pertandingan putaran keempat melawan Hantuchová di Wimbledon, Williams pingsan karena kejang otot akut pada 5–5 di set kedua. Setelah timeout medis dan servis bertahan untuk memaksa tiebreak, hujan memaksa permainan dihentikan selama hampir dua jam. Ketika para pemain kembali, Williams memenangkan pertandingan dalam tiga set. Williams kemudian kalah dalam pertandingan perempat finalnya dengan Henin, sementara menderita cedera yang diderita di babak sebelumnya. Di AS Terbuka, Williams kehilangan perempat final tunggal Grand Slam ketiga berturut-turut dari Henin. Williams mencapai final Piala Kremlin, kalah dari Elena Dementieva. Williams memenuhi syarat untuk Kejuaraan WTA, tetapi pensiun dari pertandingan pertamanya dengan Anna Chakvetadze karena cedera lutut dan kemudian mengundurkan diri dari acara tersebut. Williams menyelesaikan 2007 sebagai No. 7 dan peringkat teratas Amerika untuk pertama kalinya sejak 2003.

2008–2010: Kembali menjadi No. 1

Williams memulai tahun 2008 dengan berpartisipasi dalam tim AS yang berhasil memenangkan Piala Hopman bersama Mardy Fish. Di Australia Terbuka dia kalah di perempatfinal dari Jelena Jankovi, kekalahan keempatnya secara beruntun di perempatfinal turnamen tunggal Grand Slam. Di nomor ganda putri, dia dan Venus dikalahkan di perempat final. Williams mengundurkan diri dari tiga turnamen berikutnya karena kebutuhan mendesak untuk operasi gigi. Williams kemudian memenangkan tiga gelar tunggal berturut-turut di Bangalore dan gelar Miami kelimanya, menyamai Steffi Graf untuk gelar tunggal terbanyak di turnamen ini.

Williams menang di Family Circle Cup, gelar lapangan tanah liat pertamanya sejak Prancis Terbuka 2002. Kemenangan beruntun selama 17 pertandingan diakhiri oleh Dinara Safina di perempat final Berlin. Williams mengundurkan diri di Roma di perempat final melawan Alizé Cornet karena cedera punggung. Williams adalah satu-satunya mantan pemenang Prancis Terbuka dalam undian tersebut, tetapi kalah di babak ketiga dari Katarina Srebotnik.

Di Wimbledon, Williams mencapai final untuk pertama kalinya dalam empat tahun terakhir tetapi kalah dari kakak perempuannya Venus dua set langsung, di final Slam pertama mereka sejak 2003. Serena dan Venus bekerja sama untuk memenangkan gelar ganda putri di ganda putri Grand Slam pertama mereka sejak 2003. Williams bermain di Stanford, tetapi mundur 6-2, 3-1 karena cedera lutut kiri dari pertandingan semifinal melawan Aleksandra Wozniak. Cedera itu memaksanya mundur dari Los Angeles. Di Olimpiade di Beijing, Williams kalah dari Dementieva di perempat final. Serena dan Venus memenangkan medali emas di nomor ganda, mengalahkan Anabel Medina Garrigues dan Virginia Ruano Pascual di final. Di AS Terbuka, Williams mengalahkan saudara perempuannya Venus, Safina dan Jelena Jankovi di final, yang mejadi gelar tunggal AS Terbuka dan Grand Slam kesembilannya. Kemenangan itu mengembalikannya ke peringkat No. 1 untuk pertama kalinya sejak 2003. Pada kejuaraan akhir tahun dia mengalahkan Safina dan kalah dari Venus dalam pertandingan round-robin, tetapi mengundurkan diri dari pertandingannya melawan Dementieva, dengan alasan cedera otot perut. Dia mengakhiri tahun 2008 peringkat No 2 dan dengan empat gelar single.

Williams mulai 2009 di Medibank International, tetepi kalah di semifinal dari Elena Dementieva. Di Australia Terbuka, ia merebut gelar tunggal Grand Slam kesepuluh dengan mengalahkan Dinara Safina di final dalam waktu 59 menit. Kemenangan ini mengembalikannya ke peringkat No. 1 dan membuatnya menjadi pemimpin hadiah uang karier sepanjang masa dalam olahraga wanita, menyalip pegolf Annika Sörenstam. Di ganda putri, williams bermain dengan Venus, mereka merebut gelar untuk ketiga kalinya. Di Open GdF Suez, Williams mengundurkan diri sebelum semifinal dengan Dementieva karena cedera lutut. Serena kemudian bermain di Dubai, tetapi kalah dari Venus di 4 terakhir.

Di Sony Ericsson Terbuka Williams, terhambat dengan cedera pergelangan kaki dan quad, dikalahkan di final oleh Victoria Azarenka. Ini adalah kekalahn yang pertama dari empat kekalahan beruntun untuknya, kekalahan beruntun terpanjang dalam karirnya. Dia kemudian dikalahkan dalam pertandingan pembukaannya di Barcelona, Roma, dan Madrid. Meskipun tidak memenangkan pertandingan di tanah liat pada  2009 sebelum Prancis Terbuka, ia kalah di perempat final dari Svetlana Kuznetsova. Dia kemudian bangkit di Wimbledon, menyelamatkan satu match point dengan mengalahkan unggulan keempat Dementieva di semifinal. Di final, Serena mengalahkan adiknya Venus untuk memenangkan gelar Wimbledon ketiganya dan gelar Grand Slam ke-11nya. Serena dan Venus bekerja sama untuk memenangkan gelar ganda putri di Wimbledon untuk tahun kedua berturut-turut, gelar Grand Slam kesembilan mereka di ganda putri.

Sebagai persiapan AS Terbuka, Williams bermain di Cincinnati tetapi kalah di babak ketiga, disusul kekalahan semifinal di Rogers Cup. Di AS Terbuka, dia kalah di semifinal dari Kim Clijsters di tengah kontroversi yang melibatkannya berteriak pada hakim garis saat mempertahankan match point, pelanggaran yang membuat Williams kehilangan poin dan pertandingan tersebut. Dia melanjutkan kompetisi ganda, bekerja sama dengan Venus untuk memenangkan gelar ganda ketiga Grand Slam kesepuluh dalam karier mereka. Williams memenangkan ketiga pertandingan round-robinnya di Kejuaraan Tur WTA akhir tahun, mengalahkan Venus, Dementieva, dan Kuznetsova, menyelamatkan satu match point melawan Venus. Dia kemudian maju ke final, ketika Wozniacki pensiun dari pertandingan semifinal mereka. Di final, Williams mengalahkan Venus untuk gelar tunggal keduanya di acara ini.

Williams berhasil menjadi peringkat No 1 untuk kedua kalinya setelah bermain di 16 turnamen. Dia juga memecahkan rekor yang sebelumnya dibuat oleh Justine Henin untuk hadiah uang terbanyak yang diperoleh seorang pemain wanita dalam satu tahun, dengan Williams menghasilkan $6.545.586. Untuk permainan ganda tahun itu, saudara perempuan Williams menyelesaikan tahun dengan menduduki peringkat No 2, meskipun bermain hanya enam turnamen bersama sebagai pasangan. Williams telah memenangkan lima gelar turnamen Grand Slam, menempatkan total gelar Grand Slam yang menangkan sejauh ini adalah 23, dan dia dinobatkan sebagai Atlet Wanita Tahun Ini oleh Associated Press untuk 2009. Williams juga menjadi Juara Dunia ITF di nomor tunggal dan ganda.

Pada 2010, turnamen pertama Williams adalah di Sydney, kalah di final dari Elena Dementieva. Di Australia Terbuka, Williams adalah juara bertahan di nomor tunggal dan ganda. Dia mencapai final dan mengalahkan Justine Henin, yang baru saja keluar dari masa pensiunnya, untuk gelar tunggal Grand Slam kedua belasnya. Di ganda, Williams dan saudara perempuannya, Venus, berhasil mempertahankan gelar mereka dengan mengalahkan Cara Black dan Liezel Huber di final. Williams mengundurkan diri karena cedera kaki dari beberapa acara berikutnya, dan kembali di Roma Masters, kalah dari Jelena Jankovic di semifinal. Di Madrid, dia kalah dari Nadia Petrova di babak ketiga tetapi bermitra dengan Venus untuk memenangkan gelar ganda. Di Prancis Terbuka, Williams dikalahkan oleh Samantha Stosur di perempat final. Dia dan Venus adalah unggulan teratas di nomor ganda dan memenangkan gelar, mengalahkan Květa Peschke dan Katarina Srebotnik di final untuk memenangkan gelar ganda Grand Slam keempat berturut-turut dan meningkatkan peringkat ganda mereka menjadi No. 1. Turnamen Williams berikutnya adalah Wimbledon, di mana ia mengalahkan petenis Rusia Vera Zvonareva di final tanpa menghadapi break point dan mematahkan servis Zvonareva tiga kali. Dia tidak kehilangan satu set pun di turnamen tersebut.

Martina Navratilova mengatakan bahwa Williams berada di lima besar dari semua pemain tenis wanita sepanjang sejarah, yang dia katakan bahwa "ini bukan hanya tentang berapa banyak Slam yang Anda menangkan atau berapa banyak turnamen yang Anda menangkan—ini hanya permainan Anda secara keseluruhan. Dan dia punya semua." Serena adalah juara bertahan di nomor ganda bersama saudara perempuannya Venus, memenangkan dua tahun terakhir. Mereka kalah di perempat final dari Elena Vesnina dan Zvonareva. Di Munich pada tanggal 7 Juli, Williams menginjak pecahan kaca saat berada di sebuah restoran, dan cedera tersebut menyebabkan dia melewatkan sisa tahun ini. Williams mengakhiri tahun tersbeut dengan menduduki peringkat No 4 di tunggal setelah enam turnamen, dan No 11 di ganda setelah empat turnamen. Pada tanggal 2 Maret 2011, dia mengkonfirmasi bahwa dia menderita hematoma dan emboli paru.

2011–2013: Kembali mendominasi, karier keemasan

Williams akhirnya kembali ke lapangan latihan pada Maret 2011. Dia membuat penampilan pertamanya di tur WTA di Eastbourne. Williams kalah di ronde kedua dari Vera Zvonareva, dalam pertandingan yang berlangsung lebih dari tiga jam. Turnamen berikutnya adalah Wimbledon, di mana dia menjadi juara bertahan. Dia mencapai babak 16 besar, di mana dia kalah dari Marion Bartoli. Setelah kalah, peringkatnya turun menjadi 169. Williams memenangkan gelar pertamanya sejak kembali ke tenis dengan kemenangan di Stanford dan Toronto. Di Western & Southern Open, Williams mengalahkan Lucie Hradecká, hanya untuk mundur pada hari berikutnya, dengan alasan cedera kaki kanan. Dia kemudian bermain di AS Terbuka sampai ke final kalah dari Samantha Stosur, selama pertandingan yang menampilkan dia secara verbal menyalahgunakan wasit kursi. Final AS Terbuka ternyata menjadi pertandingan terakhir Williams pada tahun 2011, dan dia mengakhiri tahun di peringkat No. 12 dengan dua gelar dan dengan rekor 22-3 untuk musim tersebut. Dia hanya berpartisipasi dalam enam turnamen sepanjang musim.

Williams memulai musim 2012 di Brisbane International, namun, selama pertandingan melawan Bojana Jovanovski, ia mengalami cedera pergelangan kaki kiri saat melakukan servis untuk pertandingan tersebut. Akibatnya, Williams terpaksa menarik diri dari turnamen. Selanjutnya dia berpartisipasi di Australia Terbuka di mana dia dikalahkan oleh Ekaterina Makarova di babak keempat. Setelah sebulan absen, Williams kembali ke kompetisi di Miami kalah di perempat final dari Caroline Wozniacki. Williams kemudian memenangkan gelar berturut-turut di Charleston dan Madrid mengalahkan Lucie afářová dan Victoria Azarenka, tetapi mengundurkan diri dari pertandingan semifinal melawan Li Na di Roma dengan alasan cedera punggung bawah. Williams menderita kekalahan pertamanya di babak pembukaan turnamen Grand Slam di Prancis Terbuka melawan Virginie Razzano. Williams mencatat rekor 33-1 untuk paruh kedua musim dengan memenangkan lima gelar dalam prosesnya. Williams memenangkan gelar tunggal Wimbledon kelimanya, gelar Grand Slam keempat belasnya; mencetak rekor servis 24 ace oleh seorang wanita dalam sebuah pertandingan serta memiliki ace terbanyak, pria atau wanita, selama turnamen. Williams kembali ke Amerika untuk berhasil mempertahankan gelarnya di Stanford mengalahkan CoCo Vandeweghe di final. Williams kemudian kembali ke Wimbledon untuk mewakili negaranya di Olimpiade di mana dia memenangkan emas, mengalahkan Maria Sharapova dalam penampilan yang mendominasi. Williams gagal untuk menjatuhkan lebih dari tiga game per set dalam perjalanan untuk memenangkan medali. Rekor tak terkalahkan Williams berakhir dengan kekalahan di Cincinnati dari Angelique Kerber. Di New York City, Williams kemudian memenangkan gelar tunggal AS Terbuka keempatnya dan gelar Grand Slam ke-15 karirnya secara keseluruhan mengalahkan Azarenka di final. Williams mengakhiri musim dengan bersaing di Kejuaraan WTA dan tak terkalahkan sepanjang turnamen untuk memenangkan acara tersebut untuk gelar ketiganya. Williams terpilih sebagai Pemain Terbaik WTA Tahun Ini untuk keempat kalinya. Berdasarkan pertunjukan briliannya pada tahun 2012, Williams juga dinobatkan sebagai Juara Dunia Federasi Tenis Internasional. Williams juga kembali ke kompetisi ganda dengan Venus; di turnamen pertama pasangan itu sejak Wimbledon 2010, mereka mengklaim gelar ganda Wimbledon kelima dan gelar ganda grand slam ke-13. Pasangan ini berhasil mempertahankan gelar ganda Olimpiade mereka yang berarti bahwa mereka menjadi satu-satunya pemain tenis yang memenangkan empat medali emas.

Turnamen pertama Williams pada 2013 adalah di Brisbane, di mana ia memenangkan gelar tanpa kehilangan satu set pun. Williams dikalahkan di perempat final Australia Terbuka oleh sesama pemain Amerika Sloane Stephens. Saat ia mengalahkan Petra Kvitová di Doha, Williams kembali ke menduduki posisi No. 1 untuk keenam kalinya dalam karirnya dan menjadi wanita tertua di Era Terbuka yang memegang peringkat tersebut. Williams kemudian kalah dari Victoria Azarenka di final. Di final Miami, Williams kalah satu set dari Maria Sharapova untuk pertama kalinya sejak 2008. Kemunduran ini tidak menghentikan Williams yang mencatatkan kemenangannya yang ke-70. Kemenangan tersebut membuat Williams menjadi juara enam kali di Miami memecahkan rekor yang dipegangnya bersama Steffi Graf dan menjadi wanita keempat di Era Terbuka yang memenangkan turnamen setidaknya enam kali. Williams berhasil mempertahankan gelar Charlestonnya, memenangkannya untuk ketiga kalinya secara keseluruhan. Williams memenangkan gelar tunggal kelima puluh karirnya di Madrid, mengalahkan Sharapova di final. Williams kemudian bermain melawan Roma, di mana ia memenangkan gelar tanpa kehilangan satu set pun, mengalahkan Victoria Azarenka di final untuk merebut gelar keduanya. Williams hanya kehilangan sepuluh game dalam mencapai perempat final di Roland Garros. Di sana, ia bermain melawan Svetlana Kuznetsova dan kehilangan set pertamanya di turnamen tersebut. Di semifinal, Williams hanya kalah satu game ketika dia mengalahkan Sara Errani, sesuatu yang tujuh kali juara Prancis Terbuka Chris Evert gambarkan sebagai penampilan wanita terbaik di lapangan tanah liat yang pernah dia lihat. Williams mengalahkan Sharapova untuk merebut gelar Roland Garros keduanya, gelar turnamen grand slam keenam belas secara keseluruhan. Dia menjadi wanita keempat di Era Terbuka setelah Navratilova, Evert dan Graf yang memenangkan setiap gelar turnamen Grand Slam setidaknya dua kali. Di Wimbledon, dia maju dengan mudah ke babak keempat sebelum dikalahkan oleh finalis Sabine Lisicki dalam tiga set. Setelah Wimbledon, Williams memenangkan Swedia Terbuka dengan mengalahkan Johanna Larsson di final, kemenangan turnamen menandai kesempatan pertama dia memenangkan gelar tingkat Internasional. Dengan memenangkan turnamen ini berarti Williams berhasil menjadi tak terkalahkan di lapangan tanah liat selama musim tersebut.

Williams memenangkan gelar Piala Rogers ke-3 di Toronto mengalahkan Sorana Cîrstea di final. Williams mencapai final Western & Southern Open untuk pertama kalinya tetapi kalah dari Azarenka. Di AS Terbuka, Williams memulai sebagai unggulan teratas dan juara bertahan. Dia mencapai final—pertandingan ulang final 2012 melawan Azarenka—dan menang dalam tiga set, merebut gelar tunggal Grand Slam ke-17nya. Williams menjadi juara AS Terbuka tertua di Era Terbuka dan mendorong hadiah uang karirnya melewati $50 juta. Setelah AS Terbuka, Williams mengalahkan Jelena Jankovi untuk memenangkan China Terbuka di Beijing untuk gelar ke-10 tahun 2013. Williams melewati Kejuaraan WTA tak terkalahkan dengan memenangkan final melawan Li Na, untuk menjadi orang pertama yang mempertahankan gelar sejak Justine Henin pada 2007. Williams memenangkan gelar ke-11 tahun 2013 menjadi pemain ke-8 yang memenangkan 11 gelar atau lebih dalam setahun dan yang pertama sejak Martina Hingis pada 1997. Juga, ia menjadi orang tertua yang memenangkan Kejuaraan WTA dan pemain ke-4 yang memenangkannya 4 kali atau lebih. Dengan memenangkan kejuaraan, Williams menjadi wanita pertama yang memenangkan lebih dari $10 juta dalam satu musim dan dengan total $12.385.572, hanya Rafael Nadal, pada 2013, dan Novak Djokovic, pada 2011, 2012 dan 2013, yang mendapatkan lebih banyak uang dalam satu musim.

Williams selesai sebagai pemain No. 1 akhir tahun untuk ketiga kalinya, menjadi pemain No. 1 tertua dalam sejarah WTA. Dia juga dinobatkan sebagai Juara Dunia ITF 2013, keempat kalinya dia diberikan mahkota Juara Dunia. Williams menerima dua hadiah di ESPY Awards 2013. Williams memenangkan Atlet Wanita Terbaik dan Pemain Tenis Wanita Terbaik. Williams hanya orang keempat yang memenangkan Atlet Wanita Terbaik pada dua kesempatan dan dia memenangkan Pemain Tenis Wanita Terbaik untuk rekor keenam kalinya. Pada akhir Desember 2013, Williams mengakhiri tahunnya dengan menerima penghargaan Associated Press 2013 Female Athlete of the Year, penghargaan AP ketiganya setelah 2002 dan 2009. Hanya dua wanita, Chris Evert dan Babe Didrikson, yang lebih sering dipilih sebagai AP Athlete Tahun Ini sejak penghargaan tahunan pertama kali diberikan pada tahun 1931.