Jedním z ústředních dramat sezóny byl další souboj obou jezdců Mercedesu. Lewis Hamilton obhajoval svůj titul z let 2014 a 2015, z trůnu se jej naopak pokoušel sesadit stájový kolega Nico Rosberg, který v obou předchozích sezónách skončil v konečném bodování za Hamiltonem druhý. Do nové sezóny naskočil Rosberg se stejným elánem, se kterým skončil tu předešlou a hned si na své konto připsal vítězství na Velké ceně Austrálie, následované výhrou na GP v Bahrajnu. Hamiltona naopak trápily pokažené starty, zejména kvůli technickým problémům s převodovkou. V těchto závodech obsadil druhé a třetí místo, ovšem technické problémy jej trápily i nadále a v třetím závodě sezóny – GP Číny – se umístil až jako sedmý, zatímco Rosberg bral další první místo a nakumuloval tak 75 bodů oproti Hamiltonovým 39. Napětí mezi oběma jezdci jakoby eskalovalo na dalším závodě, GP Španělska, kde se piloti dost dramaticky srazili a oba museli ze závodu odstoupit. Vítězství tak bral Max Verstappen, který po Velké ceně Ruska přestoupil z Toro Roso k Red Bullu. Pro devatenáctiletého mladíka to bylo vůbec první vítězství a Verstappen se stal nově nejmladším vítězem Grand Prix.
Na Hamiltona jako by se po kolizi ve Španělsku usmálo štěstí a tentokrát to byl on, kdo bral výhru, nejprve v Monaku a poté i v Kanadě, zatímco Rosberg skončil až na sedmém a pátém místě. Rosberg ale na Velké ceně Evropy opět triumfoval. Hamilton si ovšem zjevně udělal jen krátký oddych a rozjel to znovu ve velkém stylu – na následujících čtyřech Velkých cenách, v Rakousku, Velké Británii, Maďarsku a Německu se znovu ukázal jako nejlepší. Před letní pauzou činilo tedy skóre vzájemného utkání pilotů Mercedesu 217 bodů pro Hamiltona ku 198 pro Rosberga. Náskok však Hamiltonovi nevydržel dlouho. Při Velké ceně Belgie musel vyměnit pohonnou jednotku nad povolený limit, a byl penalizován startem z konce startovního pole. Probojoval se sice na třetí místo, ovšem Rosberg zvítězil. Rosberg triumfoval i následně v Itálii, kde sice Hamilton vyhrál kvalifikaci, ovšem opět se mu nepovedl start a dojel druhý za Rosbergem. Ten po urputném boji s Danielem Ricciardem z Red Bullu uzmul výhru i v Singapuru a v bodování se zase ocitl na první příčce s 273 body, zatímco Hamilton bral jen třetí místo kvůli problémům s hydraulikou. Technické problémy tvrdě zasáhly obhájce titulu i v Malajsii, kde si zpočátku jel po výhru, ale nakonec musel ze závodu odstoupit po selhání motoru. Rosbergovi se též nedařilo, po kolizi s Vettelem zajel až jako třetí. První a druhé místo brala stáj Red Bull, konkrétně Ricciardo a Verstappen. Do konce sezóny teď zbývalo jen pět závodů a Rosberg vedl nad Hamiltonem 288 ku 265. Po závodě v Japonsku, kde Rosberg ukořistil první místo a Hamilton se musel spokojit s třetím, se boj o titul mezi oběma jezdci posunul do závěrečného dění. Rosbergovi stačilo zajet ve zbývajících čtyřech závodech třikrát na druhém místě a jednou na třetím, aby byl titul jeho, a to i v případě, že by Hamilton všechny zbývající závody vyhrál. Britskému jezdci se to skutečně povedlo, i tak ale k obhajobě titulu potřeboval, aby Rosberg nedojel na stupních vítězů. Zvolil tedy taktiku pomalejší jízdy a snažil se dát možnost jezdcům z Red Bullu, aby Rosberga předjeli. Rosberg se však udržel na svém místě za Hamiltonem, dojel jako druhý a vybojoval si tak svůj vůbec první titul mistra světa. Hamilton získal náplast na bolístku alespoň v podobě druhého místa v historickém žebříčku jezdců s nejvyšším počtem vítězství ve Formuli 1.
Nico Rosberg tedy konečně v sezóně 2016 triumfoval s 385 body ku Hamiltonovým 380. Stal se také druhým mistrem světa, jehož otec se pyšní stejným titulem (Keke Rosberg se stal mistrem světa F1 v roce 1982). O pět dní později však Rosberg překvapivě oznámil ukončení závodní kariéry.
Z týmu tedy byl v této sezóně opět nedostižný Mercedes, který si na týmové konto připsal 19 výher z 21 závodů a vybojoval tak svůj třetí Pohár konstruktérů v řadě. Jediné dvě zbylé výhry získal Red Bull, jenž obsadil mezi konstruktéry druhou příčku. Na třetí stanula stáj Ferrari, která ovšem dál zažívala úpadek. Řadí se sice mezi nejslavnější, nejbohatší a největší týmy Formule 1, ovšem zatímco v sezóně 2015 uzmula alespoň tři vítězství, tentokrát nevybojovala ani jedno a skončila celých 70 bodů za druhým Red Bullem a hrůzných 367 za prvním Mercedesem. Na čtvrtém místě skončila zaslouženě stáj Force India, Williams bral pátou příčku. Šestý McLaren si od předchozí sezóny viditelně polepšil, přesto jeho nejlepším výkonem bylo pouze dvojnásobné páté místo.
Jak dopadne sezóna 2017?