En 2010 ascendería a Moto 2 tras firmar con Suter, en su primer año conseguiría una victoria y un 9.º puesto en la general.

Para 2012 daría el gran salto firmando por Honda para disputar la competición de MotoGP con la LCR Honda, obtuvo cuatro sexto lugares, tres quintos y un cuarto, y finalizó octavo en la tabla final donde fue el mejor novato del campeonato.

En 2013 Bradl logró un segundo puesto, dos cuartos, cinco quintos y cuatro sextos pero se ausentó en dos carreras por lesión, de forma que terminó séptimo en el campeonato.

La temporada 2011 vio a Bradl ganar cuatro de las primeras seis carreras, consiguiendo una ventaja considerable en el campeonato hasta que Marc Márquez encontró un ritmo significativo a mitad de la temporada.

Bradl fue coronado campeón del mundo en la última carrera de la temporada en Valencia, España.

[2]​ Bradl luchó consistentemente entre el segundo grupo de corredores, junto con Valentino Rossi, Cal Crutchlow y Álvaro Bautista.

[5]​ Bradl posteriormente anunció su fichaje por el equipo NGM Forward Racing para 2015, montando una moto de especificación OPEN.

En agosto, Bradl se unió al Gresini Racing para el resto de la temporada.