Í tímabilinu 2010 taldi hann að Penske hefði náð möguleikum á eldri Dallara-Honda bílnum sínum og óttaðist að önnur lið myndu nýta sér þetta til að ná árangri. Castroneves vann fyrsta Indy Grand Prix Alabama til að framlengja met sitt um að vinna keppni í tíu árstíðir í röð. Eftir ađ hafa komist í fyrsta sæti í Indianapolis 500
Hann var í níunda sæti eftir að hafa verið í boxi. Fimm keppnum síðar, á Honda Indy Edmonton, var Castroneves fyrstur til að klára, en var niðurlægður í tíunda sæti eftir að hann var talinn hafa hindrað liðsfélaga sinn Power. Hann vann tvö keppni í röð, á Kentucky Speedway og Motegi, áður en hann endaði tímabilið með fimmta sæti á Homestead-Miami. Með 531 stig var Castroneves í fjórða sæti á stigalistunni.