トラックハウス・レーシングから来季２０２５年プレミアクラスに参戦することが発表された小椋藍は、ドルナスポーツが『Road to MotoGP™』のプログラムとして、アジア地域とオセアニア地域におけるヤングライダーの発掘及び育成を目的に２０１４年に設立した大会『アジア・タレント・カップ』への参戦を目指して、同年１０月にセパン・インターナショナル・サーキットで開催された選考会に眞崎一樹、山中琉聖らと一緒に合格し、開催２年目の２０１５年から参戦。１年目総合７位。
２年目はソムキアット・チャントラ、アンディ・ファリド・イズディハールと最終戦のシーズンラストレースまでタイトル争いを繰り広げ、総合２位に進出。
２０１６年は『レッドブル・ルーキーズ・カップ』に参戦して１年目総合１１位、２年目総合５位。２０１７年からはホンダとドルナスポーツの支援を受け、アジア・タレント・チームに所属し『Moto3™ジュニア世界選手権』に参戦して１年目総合８位、２年目総合５位。
２０１８年はワイルドカードとして４戦に参戦すると、デビュー戦となった第４戦スペインＧＰでポイント圏内の１５位完走。
２０１９年からホンダ・チーム・アジアに所属してレギュラー参戦を開始。第１４戦アラゴンＧＰで２位初表彰台を獲得して総合１０位。２年目は開幕戦カタールＧＰで３位表彰台発進を決めると全１５戦中７度の表彰台を獲得。最終戦ポルトガルＧＰまでアルベルト・アレナス、トニー・アルボリーノとタイトル争いを展開して総合３位に進出。
レギュラー参戦３年目の２０２１年は、チーム内昇格という形でイデミツ・ホンダ・チーム・アジアから中量級に参戦。第１１戦オーストリアＧＰで２位表彰台を獲得して総合８位。２年目は中量級２３戦目、キャリア６０戦目となった第６戦スペインＧＰで初優勝を挙げ、第１３戦オーストリアＧＰと第１６戦日本ＧＰの優勝を含め７度の表彰台を獲得。最終戦バレンシアＧＰまでアウグスト・フェルナンデェスとタイトル争いを繰り広げて総合２位に進出。
３年目はプレシーズンのテスト直前にトレーニングアクシデントが原因で左手首を脱臼骨折したことから出遅れ、３度の表彰台獲得にとどまって総合１０位に後退。
４年目の２０２３年は、ポンス・レーシングを受け継いで中量級に新規参戦するＭＴヘルメット－ＭＳＩから参戦。第６戦カタルーニャＧＰと第８戦ＴＴアッセンで優勝。
８月１５日にトラックハウス・レーシングとの間で２０２５年からの２年契約を締結したことから、フル参戦７年目にプレミアクラス昇格が決定。アプリリア機を駆けることになり、『アジア・タレント・カップ』出身者としては初めてプレミアクラスに参戦することになる。
第１３戦サンマリノ＆リビエラ・ディ・リミニＧＰで３勝目を挙げ、ポイントリーダーに飛び出すと、１０月２６日、第１８戦タイＧＰの決勝レースで今季２度目のポールポジションから２位。クラス最多となる８度目の表彰台を獲得したことから、２戦を残してタイトルを獲得。
日本人ライダーとしては『Moto2™』で初めて。中量級では１９９３年の原田哲也、２００１年の加藤大治郎、２００９年の青山博一以来１５年ぶり４人目。オールクラスでは１９７７年の片山敬済（350cc）、１９９４年と１９９８年の坂田和人（125cc）、１９９５年と１９９６年の青木治親（125cc）に続き７人目の快挙となり、『アジア・タレント・カップ』出身者として初めてチャンピオンに輝いた。