
Suite à des débuts mouvementés en Moto2™, Márquez s'impose rapidement et gagne à sept reprises pour se maintenir dans la lutte pour le titre face à Stefan Bradl, jusqu'à ce qu'une mauvaise chute à Sepang ne mette fin à sa saison. Il manque une partie de la pré-saison 2012 en raison de problèmes de vue liés à sa chute en Malaisie mais réalise une saison exceptionnelle et décroche le titre avec un total de quatorze podiums dont neuf victoires.
Il réalise ensuite une arrivée tonitruante dans la catégorie en 2013, avec Repsol Honda, et bat toute une série de records avant de devenir le plus jeune Champion du Monde de l'histoire de la catégorie reine. Il est aussi le premier rookie titré dans la catégorie reine en 35 ans et s'impose dès sa deuxième course en MotoGP™, au Circuit of the Americas d'Austin.
Il remporte au total six victoires face à Dani Pedrosa, Jorge Lorenzo et Valentino Rossi mais surtout seize podiums en dix-huit couses et le titre dès sa première saison, avec quatre points d'avance sur Lorenzo après avoir fini troisième de la dernière course de l'année, à Valence.
Il fait encore plus fort en 2014 et remporte les dix premières manches de la saison pour se forger une avance colossale en tête du classement général. Il manque le podium à trois reprises en quatre courses suite à la trêve estivale mais décroche son seconde titre mondial dès sa première balle de match, au Japon, où il termine deuxième derrière Lorenzo, à trois courses de la fin de la saison.