לאחר שחתם על חוזה עם מרצדס שנמשך עד 2020, אושר שהמילטון יגן על התואר שלו ב-2020. המילטון הוביל את דירוג הנהגים במשך רוב העונה, והדף את מאתגרות התואר של חברו לקבוצה בוטאס, רד בול המונע על ידי הונדה של וורסטפן ולקלרק של פרארי, כדי לזכות בכתר הנהגים השישי שלו בפרס הגראנד פרי 2019 של ארצות הברית עם שני מירוצים שנותרו. לאחר שסיים את הגראנד סלאם השישי שלו במרוץ האחרון של העונה,
בשנת 2015, המילטון סיים את העונה עם 11 ניצחונות (השווה את השיא הקודם שלו ב-2014 ו-2018) ו-17 פודיומים (ששווה את שיא כל הזמנים בפעם הרביעית), וכן השיג 5 עמדות עמוד. סך 413 הנקודות שלו בעונה היו שיא חדש בכל הזמנים, כאשר הבריטי סיים 87 נקודות לפני בוטס במקום השני.