Ducati Corse (2011-2012)
Pada tahun 2011, Rossi berpaling dari tim pabrikan Yamaha. Pada musim balap tahun itu, Rossi memilih bergabung dengan tim Ducati Corse.
Perpaduan pembalap Italia dengan motor yang sama-sama berasal dari Italia ini tidak berbuah manis. Kala itu Rossi merasa kesulitan untuk beradaptasi dengan motor Ducati yang dia gunakan.
Pada akhhirnya, Rossi hanya mampu menduduki posisi ketujuh klasemen MotoGP pada musim balap 2011. Sementara pada tahun 2016 perbaikan yang bisa dilakukan hanya dengan naik satu peringkat ke posisi enam.
Yamaha Factory Racing (2013-2020)
Pada tahun 2013, Rossi memilih untuk kembali membela tim pabrikan Yamaha. Selam lima tahun lamanya hhingga tahun 2018 Rossi membela tim pabrikan Yamaha dengan livery motor Movistar Yamaha.
Pada 2019 hingga 2020, di tim yang sama Rossi menggunakan livery Monster Energy Yamaha. Sangat disayangkan, sejak tahun 2009 sampai dengan 2020 kemarin Rossi tidak bisa meraih kembali gelar juara dunianya lagi.
Juara dunia MotoGP 9 kali ini gagal melengkapi mahkota juara dunianya yang kesepuluh pada tahun 2015 kala bertarung dengan Jorge Lorenzo.
