Di 2013 Ia dipastikan akan membela tim [[Repsol Honda]] bersama [[Dani Pedrosa]] untuk tahun 2013 hingga 2015 dengan perpanjangan opsi kontrak 2016 menggantikan [[Casey Stoner]] yang pensiun di akhir musim 2012. Pada tahun pertamanya di MotoGP, Márquez telah memenangkan 6 perlombaan, 6 kali podium kedua, dan 4 kali podium ketiga cukup untuk dirinya menjadi juara dunia di tahun 2013. Pada tahun 2014, kehebatan Márquez terbukti dengan memenangkan 13 dari 18 balapan, serta dengan 13 Pole position. Dengan kemenangan itu, Márquez dapat mengunci gelar juara dunianya di sirkuit Motegi, Jepang. Sayangnya Márquez tidak dapat mempertahankan gelar juara dunianya pada tahun 2015. Dia hanya dapat memenangkan 5 perlombaan, dan 6 kali gagal finish akibat terjatuh. Pada tahun 2016, ia mengubah gaya balapnya. Dan terbukti, konsistensinya dapat membawa Márquez meraih gelar juara dunianya yang ketiga. Dengan memenangkan 5 balapan, 3 kali podium kedua, dan 3 kali podium ketiga, Márquez dapat mengunci gelar juara dunianya di sirkuit Motegi, Jepang, dan sekaligus karena duo Yamaha [[Valentino Rossi]] dan [[Jorge Lorenzo]] terjatuh yang membuat Márquez terbantu meraih titel ke-limanya di semua kelas.
