Faits: A. X._, titulaire d'un brevet d'avocat, a travaillé en qualité de juriste au service de Y._ SA (ci-après: Y._) du 1er septembre 1997 au 28 février 2001. Dès cette dernière date, Y._ l'a engagé en qualité de sous-agent. Le contrat prévoyait notamment que le sous-agent avait droit à une commission d'acquisition en cas de conclusion des affaires suivantes: nouveau contrat, nouvelle couverture sur un contrat existant, prime supplémentaire après un renouvellement; la commission d'acquisition s'élevait à 50 % de la prime annuelle nette pour un contrat d'assurance d'une durée d'un à quatre ans, 100 % pour un contrat d'une durée de cinq à sept ans et 130 % pour un contrat d'une durée de huit ans. Le renouvellement de contrats, conclus par le sous-agent et expirés, donnait droit à une commission de remplacement de 8 % par année de prolongation effective. Enfin, pour les "cas spéciaux", c'est-à-dire "pour les contrats hors norme et/ou faisant l'objet d'une tarification spéciale", la direction fixait "de cas en cas les conditions de production et de commissionnement". La société de location de voitures V._ SA (ci-après: V._) était cliente de Y._ depuis 1997. Le contrat initial mentionnait un parc automobile de trois cent cinquante véhicules; ce parc s'étant agrandi par la suite, X._, qui avait été en relation avec cette société, a été chargé de négocier un nouveau contrat. Lors d'une réunion le 18 avril 2002, des représentants de Y._ ont indiqué à X._ qu'ils souhaitaient obtenir un contrat avec V._ d'une durée d'un à deux ans, avec une prime d'assurance annuelle de l'ordre de 40'000 à 45'000 fr.; une commission de 8'000 fr. à 10'000 fr. a été évoquée pour ce cas. X._ a obtenu la signature d'une proposition de contrat d'assurance avec V._ pour une prime annuelle de 35'000 fr. portant sur une couverture collective circulation et entreprise d'un parc de mille voitures servant à la location. Il a en outre obtenu la signature d'une seconde proposition de contrat d'assurance avec W._ SA (ci-après: W._), société appartenant au groupe V._, pour une prime annuelle de 10'500 fr. portant sur une couverture collective circulation et entreprise d'un parc de trois cents véhicules remis en leasing. Les propositions prévoyaient une durée de huit ans. Les deux contrats d'assurance avec des primes annuelles de 35'000 fr. et 10'500 fr. ont été signés les 17, respectivement 18 novembre 2002, pour une durée d'une année. Le 29 octobre 2002, X._ a réclamé une commission de 59'150 fr., soit le 130 % des primes annuelles correspondant à la commission due pour l'acquisition de contrats d'une durée de huit ans; il précisait notamment avoir pris connaissance de la clause "cas spéciaux" permettant de déroger aux taux de commissionnement, mais que vu les extrêmes difficultés pour obtenir la signature des propositions d'assurance et l'intensité de son investissement, le taux ordinaire ne lui paraissait pas démérité. Début novembre 2002, Y._ lui a communiqué qu'une commission de 10'000 fr. lui serait accordée, les affaires tombant sous le coup des "cas spéciaux" pour lesquels la commission était fixée de cas en cas; elle soulignait que le montant de cette rémunération aurait au demeurant été articulée lors de la réunion du 18 avril 2002. Les 10'000 fr. ont été versés le 9 juillet 2003. B. Le 26 septembre 2005, X._ a ouvert action contre Y._ en paiement de 59'150 fr. plus intérêts à 5 % dès le 29 octobre 2002, sous déduction de 10'000 fr. versés le 9 juillet 2003. Par jugement du 21 avril 2009, le Tribunal civil de l'arrondissement de La Côte a rejeté la demande. X._ a déposé un recours contre cette décision, qui a été rejeté par arrêt de la Chambre des recours du Tribunal cantonal vaudois du 23 février 2010. C. X._ (le recourant) forme un recours en matière civile au Tribunal fédéral, concluant à ce que Y._ soit condamnée à lui payer 59'150 fr. bruts, sous déduction de 10'000 fr. versés le 9 juillet 2003, plus un intérêt moratoire de 5 % l'an dès le 29 octobre 2002. Y._ (l'intimée) propose le rejet du recours.