La temporada 2010 va veure Patrick tornar a conduir amb el recentment renomenat Andretti Autosport a la IndyCar Series, així com un horari limitat amb JR Motorsports a la NASCAR Nationwide Series (ara Xfinity Series). Igual que l'any anterior, la seva temporada va començar malament, ja que només va poder aconseguir un 15è lloc a la inauguració de la São Paulo Indy 300 després de girar en mal temps. No obstant això, en la segona ronda de la temporada, el retardat Gran Premi de Sant Petersburg de Honda, Patrick va fer la seva primera aparició a la part superior en setè. A les 500 milles d'Indianapolis
, es va classificar en el 23è lloc més baix de la seva carrera; en la cursa, Patrick va lluitar amb el seu cotxe en el camí per acabar sisena. El Firestone 550 al Texas Motor Speedway una setmana més tard va ser la seva millor actuació de la temporada, que la va veure liderar una volta i acabar en segon lloc. A l'Indy Grand Prix de Sonoma, Patrick va establir un nou rècord de la sèrie per a la majoria de carreres consecutives en l'arribada amb la seva 29a prova que passa sense que ella no acabi. Va acabar la seva temporada igualant el seu millor resultat de la temporada en la cursa final de l'IndyCar a Homestead-Miami Speedway, que li va permetre acabar desena en la classificació de pilots amb 367 punts.