サトノダイヤモンド
2016年の初戦はGIIIきさらぎ賞。2度目となるロイカバードとの『5億円対決』で注目を集めた。ここでも単勝人気1倍台の支持を集めた。道中は5〜6番手でレースを進め、直線で楽々と先頭に立って後続を突き放し、最後は外から追い上げてきた4番人気レプランシュに3馬身1/2差をつけ、レースレコードとなる1分46秒9を記録して優勝した。
その後はトライアルやステップレースを使わず直接皐月賞へ向かい、当日は前年の2歳王者リオンディーズ、弥生賞勝ち馬マカヒキらを抑え単勝2.7倍の1番人気に推された。レースでは道中馬なりのいい競馬をするも、最後の直線で先行したリオンディーズの斜行で不利を受け失速してしまう。体勢を立て直して差し切りを図ったが、後方から追い込んだディーマジェスティ、さらに大外から追い込んだマカヒキの末脚に屈し3着に終わった。
続く東京優駿(日本ダービー)では2番人気となり、1番人気のディーマジェスティ、3番人気のマカヒキと人気を分け合う形となった。レースでは向正面で左後肢を落鉄するアクシデントに見舞われるが、それでも最後の直線では好位置につけ、ラスト3ハロン(=600m)33秒4の豪脚で迫り、最後はマカヒキと並んでのゴール。写真判定の末、マカヒキに8cm及ばず2着に終わった。
レースではスタートから中団7~8番手に位置し先行馬を見る形でレースを進めるも、ヤマカツライデンのハイラップ(前半1000m58秒台)の逃げに動くに動けず、ほぼポジションをそのままに最終コーナーまで進み直線の末脚勝負に挑み徐々に差をつめていくが、早め先頭に立ったキタサンブラックを捕らえるには至らず、アドマイヤデウスをクビほど交わしたところがゴール、0.2秒差の3着に敗れた。なお、勝利したキタサンブラックはディープインパクトが保持していた京都芝3200mのレコード3分13秒4を0.9秒も上回り世界レコードとなる3分12秒5で走破した。サトノダイヤモンドも負けはしたもの、それまでのレコードを0.7秒上回るタイムであった。
その後は、宝塚記念を回避し、凱旋門賞制覇を目指してフランスへ遠征。前哨戦のフォワ賞では各ブックメーカーに本命視されたが、休み明けと重馬場の影響で4着。本番の凱旋門賞でも重馬場に苦しみ最後の直線で伸びを欠き、15着に敗れた。
凱旋門賞後、陣営は連覇を狙い有馬記念へ出走することも視野に入れていたが、11月19日に出走を見送り年内を休養に充てることを表明した。池江調教師は「次年度の1月か2月の中距離重賞から始動することになりそうです」と見通した。
阪神大賞典
天皇賞・春
ディーマジェスティを瞬く間に突き放し、前で逃げ粘るミライヘノツバサを差し切り、追い縋るエアスピネルやレインボーラインを寄せ付けず、2着に2馬身半差をつけ勝利。クラシック最後の1冠で悲願のGIタイトルを手にした。ディープインパクト産駒の菊花賞制覇は初であると同時に、馬主の里見にとって初めてのGIタイトル、さらに鞍上のルメールにとっても初のクラシックタイトル獲得となった。
古馬との初対戦となった第61回有馬記念では、サトノダイヤモンドは単勝2.6倍の1番人気に推され、2番人気のジャパンカップ勝ち馬キタサンブラックは2.7倍、3番人気に推された前年の覇者ゴールドアクターが7.9倍と人気を2分した。レースでは中団あたりを追走するも、前半1000mタイムが61秒とスローペースな展開になり3コーナーあたりから一気にまくりをかけ、最終コーナーでキタサンブラック、ゴールドアクターに並びかけた。直線では先頭に立ったキタサンブラックの脚色は鈍らなかったが、外から追走し残り100mあたりで脚を伸ばしてゴール前でキタサンブラックをクビ差差し切りゴール。3歳馬ながら古馬を下し優勝した。勝ちタイムは2分32秒6だった。レース後、勝利騎手インタビューでルメールは感激のあまり涙を見せた。
きさらぎ賞
皐月賞
日本ダービー
神戸新聞杯
菊花賞
主戦のルメール騎手