W pierwszej rundzie US Open 2009 Pennetta pokonała 6:0, 6:4 Edinę Gallovits. W drugiej rundzie tego turnieju odniosła zwycięstwo nad Sanią Mirzą, nie oddając rywalce ani jednego gema (6:0, 6:0). W następnym meczu Pennetta wygrała z Aleksandrą Wozniak, oddając rywalce w meczu dwa gemy (6:1, 6:1). W meczu czwartej rundy spotkała się z Wierą Zwonariową, w trzysetowym meczu Pennetta przegrała pierwszego seta 3:6, w drugim zwyciężyła w tie-breaku 7:6(6) (broniąc w całym secie 6 piłek meczowych), zaś w trzecim nie oddała przeciwniczce gema (6:0), awansując tym samym do ćwierćfinału. W ćwierćfinale Pennetta przegrała z obrończynią tytułu sprzed roku – Sereną Williams 4:6, 3:6.
thumb|Flavia Pennetta w 2010 roku
W listopadzie 2009 roku zdobyła wraz z drużyną Puchar Federacji. Włochy w finale pokonały reprezentacje USA 4:0.
2010 Podczas Australian Open 2010 Pennetta dotarła do półfinału w grze mieszanej.
Na początku 2010 doszła do finału turnieju ASB Classic 2010, przegrywając w nim z Yaniną Wickmayer 3:6, 2:6.