ในปี 2000-2005 เขาได้ขยับมาขับในรุ่น WGP500 (รุ่นพรีเมี่ยมคลาสในสมัยนั้น)เขายังคงคว้าเเชมป์ได้อย่างต่อเนื่องถึงแม้ในปี 2004 ได้ตัดสินใจย้ายทีม มาอยู่กับYamaha เพื่อก้าวสู่งานที่ท้าทายใหม่ๆ เพียงจับรถYamaha YZR-M1 ครั้งแรกก็สามารถคว้าแชมป์รายการนั้นไปครองสมกับฉายา”เดอะด๊อกเตอร์”ผลงานของเขาคือ ขึ้นโพเดี้ยมถึง 11 ครั้ง โดยเป็นผู้ชนะถึง 9 ครั้งพร้อมคะแนนสะสมแชมป์โลกไว้ที่ 304 คะแนน

ในปี 2005-2015 เขาพลาดเเชมป์โลกในปี 2006และปี2007 ไปอย่างน่าเสียดาย แต่ใน 2 ปีต่อมาเขาก็กลับมาครองแชมป์โลกอีกครั้งทั้ง 2 สมัย และยังเป็นแชมป์โลก 9 สมัย ในปี2011-2012 Valentino Rossi ได้ออกจากYamaha เขาได้ไปแข่งให้กับทีมบ้านเกิดของเขาแต่ผลงานก็ออกมาไม่ดีนักก่อนจะกลับมาถิ่นเก่าในปี2013 คว้าชัยชนะมาครองได้ 1 ครั้งมีคะแนนสะสมรั้งอันดับที่ 4 ของโลก ในปี 2014และ2015

Rossi เขาได้สร้างผลงานระดับนานมายาวนานกว่า 20 ปีที่ลงแข่งหลายๆรายการ ผลงานที่โดดเด่นของจะอยู่ที่รายการ World Grand Prix มาแล้ว 374 ครั้ง (นับจากปี1996-2015) คะแนนสะสมทั้งหมด 5,418 คะแนน ขึ้นโพเดี้ยมรวมทั้งหมด 211 ครั้ง โดยแบ่งเป็นรุ่น125 CC. 15 ครั้ง รุ่น 250 CC. 21 ครั้ง รุ่นพรีเมียร์คลาส(500/MotoGP) 175 ครั้ง