Mahomes ledet Chiefs gjennom NFL-sluttspillet i 2019–20 og til Super Bowl LIV, lagets første tur til tittelkampen på 50 år, hvor de slo San Francisco 49ers. Mahomes ble utpekt til Super Bowl Most Valuable Player etter kampen, den andre afrikansk-amerikanske quarterbacken til å vinne utmerkelsen og den yngste quarterbacken noensinne. Han var den tredje fargede quarterbacken til å vinne et Super Bowl, samt den nest yngste. I 2020 signerte Mahomes en 10-årig kontraktsfornyelse verdt $477 millioner med $26 millioner i mulige bonuser for totalt $503 millioner, som gjorde det til den nest største kontrakten i sportshistorien. Han nådde igjen Super Bowl året etter, men tapte da 9–31 mot Tampa Bay Buccaneers, noe som var den første gang i hans karriere at han tapte en kamp med et tosifret antall poeng. Han ble utnevnt til NFL MVP for andre gang i -sesongen, og Super Bowl MVP for andre gang etter Super Bowl LVII, og ble dermed den første spilleren til å bli utnevnt til MVP både i tittelkampen og i seriespillet siden Kurt Warner i , samt første quarterback til å vinne flere MVPs i seriespillet og Super Bowl etter Tom Brady og Joe Montana. I 2023 ble han utnevnt Super Bowl MVP for tredje gang etter å ha slått 49ers i Super Bowl LVIII.