Webber torna nuovamente a essere il capo dopo le dimissioni di Derek, che si salva grazie all'operazione effettuata da Cristina nonostante la pistola puntata alla tempia. Intanto è cominciata la gara per diventare il capo degli specializzandi e ad avere la meglio è April. Meredith decide di adottare con Derek una bambina venuta dall'Africa per merito di un progetto di Alex. Dopo aver perso il bambino mentre Cristina operava Derek, infatti, non riesce più a rimanere incinta. Cristina cerca di riprendersi dallo shock sposandosi con Owen e, successivamente, ne rimane incinta. La decisione di Cristina di abortire getta la coppia in crisi. Derek inizia un trial sperimentale sull'Alzheimer insieme a Meredith. Sapendo della malattia di Adele, la dottoressa Grey scambia le cartelle dei pazienti per agevolarla e per questo verrà sospesa dal lavoro e il suo matrimonio entra in crisi. Callie Torres, dopo la partenza di Arizona per l'Africa, rimane incinta di Mark ma, quando Arizona torna, si rimettono insieme e decidono di crescere la bambina tutti e tre insieme. Inoltre, Mark dice addio a Lexie, che inizia una storia con Jackson, mentre la Altman si sposa con Henry, un paziente dell'ospedale che non ha l'assicurazione medica, solamente per fargli usufruire della sua assicurazione e finisce per innamorarsene.