Po tak udanym wyścigu Luis poszedł za ciosem i triumfował w Clásica de San Sebastián, wyprzedzając na finiszu Aleksandra Winokurowa i Carlosa Sastre. W sierpniu wystartował w Vuelta a España. Zajął 10. miejsce, dwukrotnie kończąc etapy na 5. pozycji. Ostatnim startem sezonu były mistrzostwa świata, w których czasówkę ukończył na 7. miejscu. Te zwycięstwa pozwoliły Hiszpanowi na zajęcie trzeciego miejsca w rankingu UCI oraz podpisanie nowego kontraktu z holenderską ekipą Rabobank.
Rabobank (od 2011 roku) 200px|thumb|left|W stroju mistrza Hiszpanii w 2011 roku Początki w Holandii były dla Sancheza trudne. W swoim pierwszym sezonie w Rabobanku wygrał powtórnie krajowe mistrzostwa w jeździe indywidualnej na czas i triumfował na 9. etapie Tour de France. Nie udało mu się zająć wysokiego miejsca w klasyfikacji generalnej, tak w Tourze, jak i później - we Vuelcie. Ten słabszy sezon Hiszpan tłumaczył problemami aklimatyzacyjnymi w nowej ekipie. Jak przyznał, barierą był język, a w osiągnięciu wysokiej formy przeszkadzały mu serie kraks.