A 2011-es évben újabb szabálymódosítások történtek: visszatért a KERS rendszer, illetve bevezették az állítható hátsó szárnyakat, ami az előzést segíti elő plusz sebességgel. Ennek használatát úgy kell elképzelni, hogy egy körön belül egy másodperces távolságból, a célegyenesben, állíthatják át, amivel plusz sebességre tesznek szert, és a KERS rendszerrel hatásosan segítheti a pilótát abban, hogy pozíciót nyerjen. A hátsó szárnyat csak a támadó használhatja. A kivonuló Bridgestone helyét a Pirelli vette át, ezzel az olasz gumigyártó lett a Forma 1 hivatalos, és egyetlen gumiszállítója. A McLaren MP4-26-ost késve mutatták be, és csak az első kolletkív teszt után kezdték meg vele a munkát. Az autó a teszteken megbízhatatlan volt, ám az ausztrál nagydíjon konstans eredményeket hozott. Lewis az időmérőn kisebb meglepetéssel a 2. lett, míg csapattársa, Jenson Button a 4. A Red Bullok ismét verhetetlennek bizonyultak. A rajtnál kipörögtek a kerekei, de a KERS segítségével vissza tudta verni a mögüle induló Webber támadásait. A futamon a 2. lett a címvédő Sebastian Vettel mögött, és a második szezonját kezdő Vitalij Petrov előtt.

A maláj nagydíjon a második rajtkocából indulva rossz taktikával, és utólagos időbüntetéssel (+20 másodpercet adtak hozzá az idejéhez) csak a 8. lett. A kemény keveréken annyira lelassult, hogy Alonso váratlanul hozzáért a McLaren-hez, megrongálva azt. A Kínai nagydíjat csak a második sorból kezdhette meg, de a rajtnál feljött a második helyre, megelőzve az addig verhetetlen, és a pole-ból induló Sebastian Vettel-t. A futam izgalmasnak bizonyult. Három kiálláson volt: két lágy keverékes etap után következett a kemény keverék, amivel közelebb kerülhetett Vettel-hez. A verseny vége felé a KERS rendszernek, az állítható hátsó szárnynak, és nem utolsó sorban, a frissebb gumiknak köszönhetően elment a német címvédő mellett, idei első győzelmét aratva. A második győzelme 6 futammal később érkezett, a német nagydíjon; ahol az első sorból rajtolhatott. A Magyar nagydíjon ismét 2. lett az időmérőn, a futamon az 5. körben elment a poleból induló Vettel mellett, és egészen a 46. körig vezetett, majd megpörgött, amiért később büntetést kapott. Végül a hibás gumitaktika, és a büntetés miatt csak a negyedik lett.

A belga nagydíj időmérőjén esős körülmények fogadták a pályára guruló autókat. Lewis számára a Q2 utolsó köre jelentett izgalmakat, amikor gyorsulni kezdett a felszáradó pálya, és az előtte gyors körön lévő Pastor Maldonaldo-t a buszmegállónál hirtelen beérte. Mivelhogy kieső helyen volt, mennie kellett, és agresszívan bevetette magát a Williams-es mellé, majd megelőzte, megnyerve ezzel a Q2-öt. A Q3-ban az utolsó körben szintén átvette a vezetést, de a mögötte jövő Vettel 4 tizeddel gyorsabbnak bizonyult. A versenyen száraz pályán rajtolt a mezőny, és az egész futamon szárazok voltak a körülmények. Rosszul rajtolt, de vissza tudott kapaszkodni a 3. helyre. A boxkiállások után többek között Kobayashit is megelőzte, de a Les Combes-hez érve balra húzódott, és ütközött a már megelőzött japán versenyzővel. Ez a verseny 12. körében történt. Nagy sebességgel csapódott a szalagkorlátba, majd a lendület egészen a gumifalig vitte, ahol az összetört McLaren megállni kényszerült. Hamilton pár másodpercig ájultan ült az autóban, majd sértetlenül elhagyta azt. A futam után elismerte hibáját:

A 2011-es év megpróbáltatásai itt nem értek véget. Sikertelen futamok következtek a brit versenyző számára. Az Olaszországban szerzett negyedik, majd két ötödik helye is idegen volt tőle. Koreában ereje teljében volt, és az évben először, és utoljára megszerezte a pole pozíciót. A tavalyi szezonhoz hasonlóan idén is Hamilton állította meg a Red Bull pole sorozatát, mely most még nagyobb érdem volt. Ez rajta kívül senki másnak nem sikerült 2011-ben : Mark Webber, és Sebastian Vettel uralta a szezont.

Indiában 7. lett, míg Abu Dhabiban hatalmas versenyzést bemutatva győzelmet szerzett. A szezonzáró Brazil Nagydíjon azonban váltóhiba miatt kiesett.