Alonso no tardó en dar la razón a todos aquellos especialistas que le consideraban el más firme candidato para suceder a Schumacher en el trono de la Fórmula 1. Si los Mundiales de 2003 y 2004 fueron los de su aparición y consolidación, el de 2005 supuso su definitiva explosión. La suma de sus excepcionales cualidades como piloto y de las prestaciones del R25, el muy competitivo y seguro coche fabricado por Renault, permitieron a Alonso brillar de forma excepcional en los grandes premios de esa temporada: quedó tercero en el de Australia; se impuso en los de Malaysia (convirtiéndose en el primer español de la historia que lideraba la clasificación del Mundial de Fórmula 1), Bahrein y San Marino; fue segundo en el de España y cuarto en el de Mónaco; triunfó en el de Europa (en el circuito alemán de Nürburgring); y, tras no puntuar ni en Canadá ni en Estados Unidos, consiguió una nueva victoria en el de Francia, fue segundo en el de Gran Bretaña, se adjudicó el de Alemania y, luego de no lograr puntos en Hungría, obtuvo sendas segundas posiciones en los de Turquía, Italia y Bélgica, y la tercera en el de Brasil. Tras finalizar este último gran premio, disputado el 25 de septiembre en el circuito de Interlagos, se proclamó campeón del mundo a falta de dos carreras. Su extraordinaria regularidad y la alta fiabilidad de su monoplaza resultaron más decisivas que la potencia que había erigido en sus principales adversarios a los dos conductores de McLaren Mercedes, Raikkonen y Montoya. Amén del hito que suponía su triunfo absoluto, Alonso pasó a presumir también de ser el más joven automovilista de la historia en adquirir el título universal de pilotos (tenía 24 años, 1 mes y 27 días, y privó de tal condición a una leyenda de este deporte, el brasileño Emerson Fittipaldi). En las dos pruebas restantes de aquel Mundial, Alonso dejó sobrada muestra de su categoría: en Japón fue tercero y en China consiguió su séptima victoria y su decimoquinto podio del año. Además, sus 133 puntos finales, sumados a los 58 del que había sido su compañero de escudería, el italiano Giancarlo Fisichella, permitieron a Renault adjudicarse, por primera vez, el Campeonato del Mundo de Constructores.

Poco antes de que finalizara el año 2005, en el mes de diciembre, se hizo público que, a partir de 2007, Alonso se convertiría en piloto oficial de McLaren. En el Mundial 2006, Alonso y el Renault F1 Team siguieron prodigando los buenos resultados que les condujeran al bicampeonato en 2005. El español, a los mandos del R26 de la escudería francesa, fue primero en el Gran Premio de Bahrein; segundo en el de Malaysia; primero en el de Australia; segundo en los de San Marino y Europa; primero en los de España, Mónaco, Gran Bretaña y Canadá; quinto en el de Estados Unidos; segundo en el de Francia; quinto en el de Alemania; se retiró en Hungría; quedó segundo en el de Turquía; sufrió su segunda retirada del año en el de Italia; fue segundo en el de China; ganó el de Japón, y cerró la temporada siendo segundo en el de Brasil. Obtuvo así 134 puntos gracias a los cuales él revalidó su título mundial de pilotos (esta vez por delante de Schumacher) y Renault, el de escuderías.