En su debut con el nuevo equipo en el GP de Australia, Hamilton se clasifica en 3.er puesto y termina la carrera 5.º. En Malasia, acaba en 3.ª posición y así obtiene el primer podio con las "flechas de plata", resultado que repetiría en China saliendo desde la pole. Luego consigue clasificarse cuarto en Baréin, aunque se ve penalizado por romper su caja de cambios y se obliga a salir desde la novena plaza, pero en la carrera logra concluir 5º. En Silverstone consiguió una nueva pole, pero un pinchazo le hizo perder muchas posiciones, aunque luego remontó y acabó 4º. Finalmente, obtiene su primer triunfo con Mercedes en Hungría después de dominar toda la carrera. En su siguiente carrera en Bélgica logró otro gran resultado al acabar en la 3.ª posición. Su final de temporada fue discreto, finalizando 9.º en Italia y en la 5ª posición tanto en Singapur como en Corea. En la siguiente carrera, en Japón, consumió su primer abandono de la temporada y el primero con Mercedes tras retirarse en la vuelta 9, debido a los daños que sufrió después de un pinchazo en la primera curva. Luego acabó 6º en India y 7° en la noche de Abu Dabi. Rozó de nuevo el podio en la penúltima prueba en Estados Unidos tras acabar en la 4.ª posición final. En la última prueba del campeonato celebrada en Brasil solo pudo acabar en una decepcionante 9.ª plaza. Logró 189 puntos en total, acabando el Mundial en la 4.ª plaza con tan solo una victoria y cinco podios, todas ellos durante las once primeras pruebas.