Na prvním závodě po letní přestávce v Belgii, Hamilton na startu převzal vedení od Rosberga, ale při srážce mezi nimi na druhém kole mu praskla zadní pneumatika a později se z závodu stáhl. Vítězství z pole position v Itálii a Singapuru vedlo Hamiltona v šampionátu jezdců. Hamilton následoval vítězství v Japonsku, Rusku a Spojených státech, aby poprvé v kariéře dosáhl pěti po sobě jdoucích vítězství. V závěrečném závodě sezóny v Abu Dhabi
, týmy a jezdci získali dvojnásobek bodů udělených za závodní cílové pozice poprvé v historii Formule 1. Hamilton měl perfektní start, předjel Rosberga před první zatáčkou, aby se dostal do vedení, než vyhrál a zajistil si svůj druhý titul šampiona světa. Rosberg nakonec skončil na čtrnáctém místě, protože problémy se systémem ERS na jeho voze výrazně snížily jeho rychlost. Navzdory radě z rádia, aby auto stáhl, Rosberg řekl, že by chtěl jet až do konce a dokončit závod, což nakonec udělal. Emocionální Hamilton řekl přes rádio svého týmu poté, co překročil hranici, "Tohle je největší den mého života". Před ceremonií na pódiu vstoupil Rosberg do odpočinkové místnosti, aby pogratuloval Hamiltonovi k vítězství v titulu. Hamilton později vzdal Rosbergovi poctu za jeho laskavost při porážce. Hamilton dokončil sezónu s 384 body, zaznamenal 11 vítězství a 7 pole positions.