そして、2013年には最高峰クラスのMotoGPクラスにステップアップ。レプソル・ホンダから参戦し、開幕戦カタールGPで史上最年少の最高峰（500cc／MotoGP）クラスでの表彰台（3位）登壇を果たす。

　第2戦アメリカズGPでは史上最年少のポールポジションと史上最年少優勝記録（20歳と63日）を達成。年間6勝を含む16度の表彰台を獲得して、ケニー・ロバーツ以来となる最高峰クラス参戦1年目でタイトル獲得に成功。フレディ・スペンサーが1983年に樹立した史上最年少記録（21歳と258日）を更新する20歳266日で最高峰クラスのタイトルを獲得となる新記録を樹立した。

　最高峰クラス2年目となる2014年には、開幕戦カタールから第6戦イタリアまで6戦連続でポール・トウ・ウイン。第10戦インディアナポリスまで開幕から10連勝を達成するなど、数々の新記録を樹立し、圧倒的な強さでMotoGPクラス連覇を達成した。