ヤマハ・モーター・レーシング
2005年にはロッシのチームメイトにコーリン・エドワーズが加入。この年もロッシはシーズン11勝という圧倒的な強さでチャンピオンシップを連覇する。昨年ロッシ加入と共に見直されたマシン開発の方向性から、さらなる改良でピークパワーを上乗せしつつ車体特性の最適化がなされ、そのためにリアサスの応力を受けるピボットをエンジン後部のギアボックスに設置するなどの改良が施され、ピークパワーが上がり過激になったエンジン特性を電子制御スロットルなども導入してコントロール性とピークパワー向上の両立がはかられた結果がロッシの11勝での圧倒的なタイトル獲得につながった。さらにコンストラクタータイトルも獲得。浅間火山レース参戦に始まったヤマハモータースポーツ50周年を記念する素晴らしい成績で2005年を締めくくった。
2006年は両ライダーともチームに残留する。メインスポンサー変更にともなってカラーリングが青ベースから黄色ベースに変更。マシンはさらに進化したものの、シーズン序盤はフロントタイヤ周りの微振動(チャタリング) によるハンドリングのトラブルや開幕戦ではホンダのサテライトチームライダーのトニ・エリアスに追突されてロッシが転倒するなどの不運にも見舞われた。そんな中ホンダのニッキー・ヘイデンに大幅なポイントリードを許し、全ライダー中シーズン最多勝の5勝を挙げながらシリーズ2位でシーズンを終えた。最終戦のバレンシアではロッシにしては珍しく自身のミスによる決勝レース中の転倒で一度は逆転したポイントを再逆転されタイトルを失った。