W 2011 roku nowym partnerem Lorenzo został Amerykanin Ben Spies. Sezon rozpoczął od drugiego miejsca w Katarze i zwycięstwa w Hiszpanii, potem do głosu zaczął dochodzić Casey Stoner. Jorge Lorenzo nie udało się obronić tytułu mistrza. Wygrał trzy wyścigi i dziesięciokrotnie stawał na podium. Sezon zakończył na drugim miejscu zdobywając 260 punktów i ostatecznie musiał uznać wyższość szybszego w tym sezonie Caseya Stonera.
W 2012 roku po niezwykle równej jeździe (nie schodził poniżej 2 miejsca z wyjątkiem GP Holandii, którego nie ukończył po zabraniu z toru przez Alvaro Bautistę, i GP Walencji na koniec sezonu) wywalczył 2 w karierze tytuł mistrza świata MotoGP, wygrywając walkę o koronę z Danim Pedrosą.
Pechowo dla Lorenzo zakończył się 2013, Hiszpan podczas treningów przed TT Assen, zaliczył bardzo groźny upadek łamiąc lewy obojczyk, to zdecydowanie utrudniło mu obronę mistrzowskiego tytułu. Po wylocie do Hiszpanii i przejściu operacji wstawienia tytanowej płytki, Jorge wrócił jeszcze na te same zawody. Jego heroiczna postawa i walka z bólem starczyły na zajęcie 5 miejsca, stracił jedynie 15 sekund do zwycięzcy.