メルセデスAMG F1
シューマッハの後釜に、2008年の年間王者でマクラーレンの生え抜きであったルイス・ハミルトンが移籍。ロズベルグがモナコとイギリスで優勝し、ハミルトンもハンガリーで優勝した。このシーズンはレッドブルとセバスチャン・ベッテルの記録的な圧勝劇であったものの、コンストラクターズランキングにおいてフェラーリと激しい2位争いを展開したメルセデスは僅差で2位となり、2010年以降で最高の成績を収めた。ドライバーズランキングではハミルトンが4位、ロズベルグが自己最高の6位に入った。シーズン終了直後、ブラウンがチームを離れることを発表した。
この年よりチーム名をメルセデスGPから「メルセデスAMG・ペトロナス・F1チーム」に変更した。
革新的なWダクトを搭載したF1 W03はシーズン前のテストから好調さが噂され、実際に開幕戦と第2戦ではシューマッハがそれぞれ予選4番手と3番手につけた。シューマッハが予選TOP3に入るのは2006年日本GP以来となる。しかし決勝になるとレースペースの悪さが露呈して、ポイント獲得がやっとという状況になってしまった。チームは燃料の重い状態でのペースの悪さとタイヤマネージメントに問題があると認めている。しかし第3戦中国GPでは予選でロズベルグが自身、チーム共に初となるポール・ポジションを獲得。決勝でも独走態勢を築き、危なげなくポール・トゥ・ウィンを達成し、同じく自身とチーム共に初優勝を果たした。ワークスチームとしてのメルセデスがF1で勝利を挙げるのは実に57年ぶり、1955年のイタリアGPでのファンジオの優勝以来であった。復帰後精彩を欠いていたシューマッハも第6戦モナコGP予選で復帰後自身初の予選トップタイム(ポール・ポジション)を記録(前戦でのペナルティの影響で決勝レースは6番手スタートとなった)。第8戦ヨーロッパGPでは混乱したレースを攻略し、復帰後自身初の3位表彰台を獲得するなど、光る走りを見せた。その一方で第15戦日本GPでシューマッハが二度目の引退を発表。メルセデスチームでは彼は未勝利に終わった。9月に3度のワールドチャンピオンであるニキ・ラウダが非常勤会長に就任した。
ハミルトンはイギリスGP、ハンガリーGPでも勝ち3連勝し、ドライバーズポイントでロズベルグを抜きトップに立った。
後半戦からはロズベルグが勢いを取り戻し、第13戦ベルギーGPから第15戦シンガポールGPまで3連勝でハミルトンを再逆転、第16戦マレーシアGPではトップを独走していたハミルトンがエンジンブローでリタイアし(ロズベルグは3位)、両者の差がさらに広がった。第17戦日本GPでロズベルグが優勝し、3年連続のコンストラクターズチャンピオンが決定した。アメリカGPからアブダビGPでハミルトンが4連勝したが、この4レースで全てハミルトンに続く2位となったロズベルグが最終的に5ポイント差で逃げ切り、初のドライバーズチャンピオンを獲得した。
ハンガリーGPを前にロズベルグは2018年まで契約を延長していたが、チャンピオンを決めた5日後の12月2日に突如引退を発表。3シーズンに渡るチームメイト同士の戦いに終止符が打たれた。
この年はレッドブルの復調もありワン・ツー・フィニッシュは8回に減ったが、21戦中19勝と年間最多優勝記録を更新し、総獲得ポイントで最多記録を樹立。ポールポジションを逃したのはモナコGP(ダニエル・リカルド)の1回のみとメルセデスの優勢は変わらなかった。