Valentino Rossi
Ura > MotoGP > Yamaha (2004–2010)

Rossin sopimuksen päätyttyä kauden 2003 jälkeen Hondalla hän halusi etsiä uutta haastetta saaden osittain kritiikkiä menestyksensä olleen enemmän parhaan pyörän ansiosta kuin ajotaitojen. Rossi allekirjoitti kahden kauden sopimuksen Yamahan tehdastallin kanssa ja aloitti tammikuussa 2004 testit Yamaha YZR-M1 pyörällä. Hän sai tallikaverikseen Carlos Checan, joka oli ajanut tallissa sen perustamisesta lähtien kaudesta 1999. Parhaimmillaan Checa oli sijoittunut viidenneksi kaudella 2003. Rossi ajoi uudessa tallissa heti avauskaudellaan maailmanmestariksi 47 pisteen erolla jälleen toiseksi tulleeseen Sete Gibernauhun, joka jatkoi Hondalla. Rossi ajoi kuudestatoista kilpailusta palkintokorokkeelle yksitoista kertaa, joista yhdeksän hän voitti. Rossi ajoi kahdesti kolme kilpailua peräkkäin voittoon. Hän ajoi myös viidesti paalupaikalle, joista neljästä Rossi ajoi suoraan voittoon. Kauden aikana Rossin heikon sijoitus oli neljäs, jonka hän ajoi kolmesti, Espanjassa, Ranskassa ja Saksassa.
Kaudeksi 2005 Rossi sai uuden tallikaverin Colin Edwardsista, joka siirtyi Gresinin Hondalta Yamahalle. Edwards oli ajanut ennen silloista kautta kaksi kautta MotoGP:ssä ja sijoittui toisella kaudellaan viidenneksi. Rossi sitä vastoin ajoi viidennen perättäisen mestaruutensa MotoGP-luokassa ja toisen Yamahalla. Hän ajoi edelliseen kauteen nähden paremmin kerätessään 367 pistettä ja jättäen mestaruustaistelussa toiseksi Marco Melandrin 47 pisteen erolla. Rossi ajoi voittoon yksitoista kertaa, joista viisi hän ajoi peräkkäin. Hän ajoi myös yksitoista kertaa peräkkäin palkintokorokkeelle, kunnes putki katkesi keskeytykseen Japanissa. Rossi ajoi palkintokorokkeelle kuusitoista kertaa 17 kilpailusta. Paalupaikkoja hän saavutti viisi, joista hän ajoi jokaisesta voittoon.
2006 Rossi ja Colin Edwards jatkoivat Yamahalla, joka sai uudeksi sponsorikseen camel tupakkayhtiön. Yamahan uusi YZR-M1 osoittautui hieman heikommaksi kuin edelliskauden pyörä, vaikka Rossi keskeytti kauden aikana kolmesti ja Edwards vain kerran. Rossin viiden peräkkäisen mestaruusvuoden putki sai päätöksen, kun hän sijoittui toiseksi MM-pisteissä. Rossi hävisi Hondalla ajaneelle Nicky Haydenille viiden pisteen erolla mestaruuden. Rossi voitti kauden aikana viisi kilpailua, mutta ajoi epätasaisemmin kuin Hayden, joka voitti kauden aikana vain kaksi kilpailua. Rossi ajoi kymmenen kertaa palkintokorokkeelle ja viidesti paalupaikalle. Hän ajoi vain kerran paalulta voittoon Kataloniassa, kun Tšekissä ja Portugalissa Rossi sijoittui toiseksi ja kauden päätöskilpailussa Rossi jäi sijalle 13.
Kaudella 2007 Yamaha vaihtoi Camel-sponsorinsa Fiatiin, ja Rossi ajoi MM-pisteissä kolmanneksi hävittyään mestaruuden voittaneelle Casey Stonerille 126 pistettä ja vain yhdellä pisteellä toiseksi tulleeseen Daniel Pedrosaan. Kauden merkittävin ero syntyi uuden rengassäännön myötä, joka suosi enemmän Bridgestonea käyttäneitä talleja, kuten Ducatia, kun taas toiset kärkitallit Honda ja Yamaha käyttivät Michelin-renkaita, jotka olivat hyviä vain tietyillä radoilla. Edwards jatkoi Rossin tallikaverina, kuten kahtena edellisenä kautena, mutta ajoi MM-pisteissä yhdeksänneksi ja ajoi kauden aikana vain kahdesti palkintokorokkeelle. Rossi sen sijaan voitti kauden aikana neljä kilpailua ja ajoi kahdeksan kertaa palkintokorokkeelle. Hän ajoi neljä paalupaikkaa, mutta ei ajanut niistä kertaakaan voittoon, vaan ajoi muun muassa kolmesti toiseksi.
Kaudella 2008 Rossi ajoi uransa kuudennen maailmanmestaruuden MotoGP:ssä ja kaiken kaikkiaan kahdeksannen mestaruutensa. Rossi voitti mestaruuden 93 pisteen erolla Casey Stoneriin, joka oli voittanut edellisvuonna mestaruuden. Rossi ajoi kauden 18:sta kilpailusta 16 kertaa palkintokorokkeelle, joista voittoja oli yhdeksän. Hän ajoi parhaimmillaan viisi kilpailua peräkkäin voittoon. Rossi ajoi myös yhdeksän kertaa peräkkäin palkintokorokkeelle kauden kymmenennestä kilpailusta aina kauden päätökseen. Sitä ennen Rossi oli ajanut Assenissa sijalle 11, joka oli hänelle kauden heikoin sijoitus. Rossin tallikaverina oli MotoGP:ssä tulokaskauttaan ajanut Jorge Lorenzo, joka oli sitä ennen voittanut kaksi kertaa peräkkäin 250-kuutioisten maailmanmestaruuden. Lorenzo sijoittui MM-pisteissä neljänneksi.
Rossi jatkoi mestaruusputkeaan voittamalla myös kaudella 2009. Tällä kertaa hänen pahin kilpailijansa oli tallikaveri Lorenzo, joka ajoi MotoGP:ssä ja Yamahalla toista kauttaan ja hävisi mestaruuden 45 pisteen erolla. Rossi ajoi kauden 17:stä kilpailusta kolmetoista kertaa palkintokorokkeelle. Hän voitti vain kuusi kilpailua ja ajoi seitsemän kertaa paalupaikalle. Hän onnistui ajamaan palkintokorokkeelle viidesti peräkkäin ja keskeytti kauden aikana vain kerran, kun tallikaveri Lorenzo keskeytti neljä kertaa.
Kaudella 2010 Rossi aloitti kauden hyvin ajamalla kolmessa ensimmäisessä kilpailussa palkintokorokkeelle. Hän muun muassa voitti kauden avauskilpailun ja oli MM-pisteissä toinen tallikaveri Lorenzon jälkeen. Rossi kuitenkin loukkaantui, kun hän mursi sääriluunsa 5. kesäkuuta Italian Mugellossa lauantai-harjoituksissa., minkä takia hän joutui luopumaan maailmanmestaruustaistosta oltuaan neljästä kilpailusta sivussa. Rossi palasi radalle Sachsenringillä ollen siellä neljäs. Rossin vauhti alkoi pikkuhiljaa parantua, mistä seurauksena oli Malesiassa kauden toinen voitto. Tšekin GP:n aikoihin Rossi oli ilmoittanut siirtyvänsä Ducatille kaksivuotisella sopimuksella. Hän ajoi lopulta yhteensä kymmenen kertaa palkintokorokkeelle ja kauden loppupisteissä Rossi oli kolmas Jorge Lorenzon ja Dani Pedrosan jälkeen.