W 2010 roku z powodzeniem kontynuował passę zwycięstw. Ponownie rozpoczął sezon od Tour Down Under, w którym zajął drugie miejsce. Po drodze wygrał etap zakończony podjazdem pod Willunga Hill, wyprzedzając m.in. Cadela Evansa i Petera Sagana. Kolejnym wyścigiem była Volta ao Algarve, podczas której Hiszpan wygrał czasówkę i uplasował się na drugiej pozycji w klasyfikacji generalnej. W marcu ponownie stanął na podium Paryż-Nicea, tym razem na 2. miejscu. Przed kolejnym Tour de France wziął udział w Tour de Romandie i Circuit de la Sarthe. O ile pierwszy z wyścigów potraktował jako trening, w drugim wygrał pierwszy etap i klasyfikację generalną. W czerwcu zdobył po raz drugi tytuł najlepszego hiszpańskiego czasowca.
Tour de France okazał się jego najlepszym w karierze. Wprawdzie nie udało mu się wygrać etapu (finiszował drugi na 9. etapie, ustępując Sandy Casarowi), ale po bardzo równo przejechanym ostatnim tygodniu wyścigu, zajął 11. pozycję. Kiedy jednak w lutym 2012 roku CAS zdyskwalifikował zwycięzcę – Alberto Contadora, Sanchez automatycznie przesunął się na miejsce 10.CAS sanction Contador with two year ban in clenobuterol case