2010 m. sezono metu jis manė, kad "Penske" pasiekė savo senėjančio "Dallara-Honda" automobilio potencialą ir bijojo, kad kitos komandos pasinaudos tuo, kad uždarytų našumo atotrūkį. Castroneves laimėjo pirmąjį "Indy Grand Prix of Alabama" lenktynes, taip savo lenktynių pergalės rekordą padidino iki dešimties sezonų iš eilės. Po to, kai jis pasiekė pole position,
Indianapolis 500, per stabdymą jis nukrito į devintąją vietą. Po penkių lenktynių, "Honda Indy Edmonton", Castronevesas buvo pirmasis, kuris baigė, bet buvo nuvertintas į dešimtą vietą, nes buvo manoma, kad jis užblokavo savo komandos draugą Power. Jis laimėjo dvi lenktynes iš eilės, Kentukio greitkeliu ir Motegi, prieš baigiant sezoną penktą Homestead-Miami. Castronevesas, turėdamas 531 tašką, buvo ketvirtas lenktynininkų sąraše.