Il 4 giugno vince il Gran Premio d'Italia al Mugello.
Trionfa anche nel GP successivo in Catalogna.
Il quinto posto ottenuto nel Gran Premio d'Olanda ad Assen lo proietta momentaneamente in testa al Mondiale, prima di essere superato dallo spagnolo Márquez al termine del GP di Germania, dove Dovizioso giunge ottavo.
Dopo due ritiri in Spagna, dove è coinvolto in un incidente insieme al compagno Jorge Lorenzo e a Daniel Pedrosa, e in Francia ritorna al podio in Italia con un secondo posto stabilendo il record assoluto di velocità raggiungendo i 356,4 Km/h.