Jabarkan Ducati Marlboro (2007-2010) dari Casey Stoner

Kesalahan fatal yang dilakukan Honda di akhir 2006 dengan tidak mengikat kontrak jangka panjang dengan Stoner berhasil dimanfaatkan dengan baik oleh Ducati, yang akhirnya berhasil mengontrak Stoner untuk musim 2007., Di musim 2007 sendiri Stoner bergabung bersama Loris Capirossi di tim asal Italia tersebut. Stoner menggantikan posisi Sete Gibernau yang dipecat karena dinilai penampilannya kurang meyakinkan dan cenderung menurun.

Dengan senjata baru Ducati Desmosedici GP7 yang didesain sesuai regulasi baru MotoGP 800cc, Stoner tampil luar biasa pada tahun 2007. Stoner mengawali musim dengan kemenangan spektakuler di Qatar yang kemudian ia lanjutkan di Turki dan China. Ia lantas berhasil memenangi 10 lomba (diantaranya hattrick di AS, Ceko, dan San Marino) dan meraih 6 pole, yang kemudian mengantarnya pada gelar juara dunia MotoGP 2007 dengan selisih 125 poin atas peringkat kedua Daniel Pedrosa. Posisi finis paling jelek yang diraih Stoner adalah di GP Motegi, ketika ia finis P6 dan memastikan diri sebagai juara dunia 2007.

Musim 2008, Stoner berusaha keras untuk mempertahankan gelar juara dunianya. Kemenangan pembuka musim ia raih di Qatar. Ia kemudian tampil biasa saja di Spanyol dan Portugal, dan baru kembali naik podium di GP China. Setelah tampil buruk di Prancis, ia kemudian naik podium di Italia dan Catalunya, sebelum kemudian mencatat kemenangan hattrick di Inggris (dengan memimpin sejak start sampai finis), Belanda (sama dengan di Inggris), dan Jerman (terbantu kecelakaan yang dialami Pedrosa). Dengan hasil ini Stoner berhasil naik kembali ke P1 klasemen, tetapi kemudian turun kembali posisinya usai jatuh di Laguna Seca saat memimpin lomba sebelum akhirnya bangkit kembali dan finis kedua. Selanjutnya di Brno dan Misano, Stoner gagal finis akibat kerusakan motor yang berakhir pada kegagalannya mempertahankan gelar juara dunia. Stoner kemudian harus puas tampil sebagai runner-up di belakang Valentino Rossi dengan total raihan poin klasemen sebanyak 280 poin.

Musim 2009, Stoner masih bertahan di Ducati dan kini ia ditemani pembalap baru yang juga mantan juara dunia, Nicky Hayden. Stoner juga setuju untuk memperpanjang kontraknya selama satu tahun bersama Ducati di 2010. Melalui sebuah pertarungan ketat di Qatar melawan duet Fiat Yamaha yaitu Valentino Rossi dan Jorge Lorenzo, Stoner berhasil memenangi balapan pembuka musim di Qatar, sebelum kemudian ia menderita sebuah penyakit aneh yang menyebabkannya kelelahan setiap kali berlomba. Sebagai akibatnya, ia harus puas berada di P3 klasemen saat balapan memasuki GP AS di Laguna Seca. Hasil pemeriksaan dokter kemudian menyimpulkan Stoner menderita penyakit anemia akut dan gangguan perut. Sebagai usaha pemulihan dirinya, Stoner kemudian mengumumkan bahwa untuk tiga balapan yaitu di ronde 11, 12, dan 13 ia akan absen dari balapan, dan pembalap Finlandia, Mika Kallio diangkat sebagai pengganti sementara. Usai sembuh total dari sakitnya, Stoner kembali berlomba di Portugal dan langsung mencatat podium kedua. Kemudian di Australia dan Malaysia, Stoner berhasil kembali ke jalur kemenangan. Kesialan kemudian kembali datang kepada Stoner di balapan penutup di Valencia. Usai meraih pole di kualifikasi, Stoner tampil percaya diri untuk balapan sebelum ia terjatuh karena kesalahan sendiri di lap pemanasan. Stoner finis di urutan empat klasemen 2009 dengan 220 poin.

Dalam sesi tes pra musim 2010, Casey Stoner kembali mencatat waktu tercepat dalam salah satu sesi dari enam kali sesi latihan yang digelar, di mana lima lainnya didominasi oleh Valentino Rossi. Kemudian di balapan pembuka musim 2010 di Qatar, sekali lagi Stoner mencatatkan pole position dan sempat memimpin lomba sebelum akhirnya kandas di pertengahan lomba akibat terlalu bernafsu. Setelah kembali kandas akibat kesalahan serupa di Prancis, Stoner berhasil bangkit dan finis keempat di GP Italia. Kemudian di GP Belanda di Assen, Stoner mencatat podium pertamanya di musim 2010 setelah finis ketiga. Dua kali finis ketiga lainnya ia dapatkan di Catalunya dan Jerman sebelum naik menjadi P2 di AS setelah terbantu kecelakaan Daniel Pedrosa. Kemenangan pertama Stoner di musim 2010 dicatat di Motorrad Aragon setelah mencatat pole position saat kualifikasi. Kemenangan serupa ia lanjutkan di Jepang, dan nyaris saja Stoner mencetak hattrick di Malaysia sebelum kandas akibat terjatuh saat memimpin. Kemudian di balapan kandangnya sendiri di Australia, Stoner kembali berjaya dengan memenangi lomba sebelum kembali terjatuh dan tersingkir di Portugal. Stoner kemudian menutup musim 2010 dengan posisi kedua di Valencia, dan ia memantapkan posisinya di klasemen dengan raihan 225 poin.