W sezonie 2009 zwyciężył w czterech wyścigach, a w klasyfikacji generalnej zajął drugie miejsce. W dniu finałowej rundy mistrzostw w Makau ogłoszone zostało jego przejście do zespołu Chevrolet, gdzie startował od sezonu 2010.
Dla amerykańskiego producenta Francuz zdobył dwa tytuły mistrzowskie. W 2010 roku czternastokrotnie stawał na podium w tym trzykrotnie na jego najwyższym stopniu. Uzbierane 331 punktów pozwoliło na pokonanie wszystkich rywali. Rok później Muller toczył zaciętą walkę z Robertem Huffem. Miał tyle samo zwycięstw, co Brytyjczyk, lecz więcej razy stawał na podium. Ostatecznie lepszym okazał się Muller, wygrywając o zaledwie trzy punkty. W 2012 roku Francuz wygrał jeszcze więcej wyścigów - dziewięć. Jednak wyniki w pozostałych wyścigach zdecydowały, że przegrał z Huffem i Menu.
Po wycofaniu się Chevroleta z mistrzostw jako ekipy fabryczne, Muller dołączył w 2013 roku do ekipy RML, który korzystała właśnie z konstrukcji amerykańskiego producenta. Tym razem Francuz zdominował mistrzostwa, odnosząc zwycięstwa w siedmiu wyścigach, piętnastokrotnie stając na podium i regularnie zdobywając punkty. Drugiego w klasyfikacji Gabriele Tarquini pokonał o 189 punktów.