フル参戦１５年目、最高峰クラス９年目をヤマハのファクトリーチーム、モビスター・ヤマハ・ＭｏｔｏＧＰから継続参戦する２９歳のスペイン人ライダーは、３年振り３度目のタイトル獲得に成功したことから、タイトル獲得の最有力候補の１人として期待された。
新たな技術規則の施行により、共通電子制御が搭載され、オフィシャルタイヤサプライヤーが変更された中、２月からのオフィシャルテストで、総合１番手、４番手、１番手に進出。全てのライバルたちに対して、圧倒的な違い、速さを見せつけると、開幕戦カタールＧＰではポールポジションから３年振りに優勝。タイトル連覇に向けて好発進を決めた後、第２戦アルゼンチンＧＰで転倒リタイアを喫したが、第３戦アメリカズＧＰで自己最高位の２位を獲得。
最高峰クラスに参戦する全てのライダーたちが、シーズン末に契約満期となり、当然、２０１５年王者の将来に関して注目が集まった中、プレシーズンから所属チームの残留を切望。引退するまでヤマハで走り続けたいと訴えていたが、欧州ラウンドの開幕前に、最高峰クラスに進出した２００９年から続いていたパートナーシップに終止符を打ち、ドゥカティに移籍することを決断。
タイトル連覇という目標に向けて、シーズンに集中する環境を整えた第４戦スペインＧＰは２位に入り、６８年の歴史上３人目となる通算１００度目の表彰台を獲得。第５戦フランスＧＰでは独走優勝で、ポイントリーダーの座を奪回。第６戦イタリアＧＰは、ゴールライン直前に逆転し、「サプイライズな勝利」と、喜びを爆発。
総合２位に対して１０ポイント差のアドバンテージを得て、第７戦カタルーニャＧＰに乗り込んだが、５番手走行中に後続車と接触転倒。シーズン２度目のリタイアを強いられた後、第８戦ＴＴアッセンと第９戦ドイツＧＰは、ウェットコンディションに苦しんで１０位と１５位。ポイントリーダーとのギャップが４８ポイント差に広がった。