The Doctor membuat keputusan yang mengejutkan fans MotoGP sebelum musim 2004. dia keluar dari tim Honda dan beralih ke Yamaha. Tentu saja, kepindahannya ke Yamaha membuat banyak orang menyesal. Publik sempat pesimis dia bisa kembali menjadi juara dunia karena rekor Yamaha saat itu kurang bagus.
Namun Valentino Rossi membungkam semua komentar negatif itu. Ia berhasil finis pertama di GP Afrika Selatan, mengalahkan rival terdekatnya Max Biaggi yang mengendarai Honda. Rossi bahkan berhasil mengangkat nama Yamaha dengan kemenangan beruntun pada musim 2004 dan 2005.
Kesegaran Jenang Grendul, Salah Satu Makanan Khas Tulungagung yang Cocok Disantap untuk Sarapan
Fans Inter Milan ini mengalami kekalahan di musim 2006 setelah finis kedua di bawah Nicky Hayden. Meskipun demikian, ia terus meraih banyak kemenangan di kejuaraan berikutnya. Puncaknya, ketika berhasil meraih 100 kemenangan di Dutch TT tahun 2009 selama karirnya.
Pembalap Italia itu kembali menjadi sorotan publik saat memutuskan hengkang dari Yamaha dan bergabung dengan Ducati. Namun, dia tidak bermain gemilang di musim 2011-2012 karena beberapa faktor seperti kecelakaan.