En la final del Gran Prix de Barcelona 2015 alcanzó el récord mundial hasta la fecha en el programa corto y puntuación total.
Un área de investigación que hizo fue registrar y analizar su movimiento mientras realizaba el salto Axel fuera del hielo, que espera se pueda utilizar para mejorar las habilidades de los atletas e IA para arbitrar.
En el año 2002, cuando tenía siete años, se sintió deslumbrado por la figura del patinador ruso Evgeni Plushenko en los Juegos Olímpicos de Salt Lake City.
Sus saltos cuádruples y su pirueta Biellman lo impresionaron de tal forma que empezó a imitarlo e incluso se cortó el pelo como Plushenko.
En los campeonatos de Japón fue segundo en el programa corto pero falló en el ejercicio libre y descendió a la cuarta posición.
Durante este tiempo participó en sesenta espectáculos sobre hielo junto a otros patinadores para recaudar fondos para las víctimas.
Se clasificó para la final del Grand Prix de Sochi y quedó segundo.
Obtuvo la medalla de plata en los dos eventos puntuables para el Gran Prix Final, Skate Canada international y el Trofeo Eric Bompard clasificándose para la Final en Fukuoka donde fue vencedor con un nuevo récord mundial en el programa corto (99.84 puntos) y su mejor marca en el programa libre tras batir al favorito, el canadiense Patrick Chan.
En la competición individual obtuvo 101.45 puntos en el programa corto y 178.64 en el programa libre, convirtiéndose en el primer ganador japonés de una medalla de oro olímpica en patinaje masculino[13] y el campeón más joven desde Dick Button, que ganó en 1958 con 18 años.
Hanyu completó la temporada con una victoria en el Campeonato Mundial, celebrado en la ciudad de Saitama donde superó a Tatsuki Machida en el cómputo final por 0.33 puntos.
[14] Es el primer patinador desde Alexei Yagudin que ganó las olimpiadas, el mundial y la final del Gran Prix en la misma temporada.
Fue hospitalizado durante dos semanas para operarse y no pudo volver a entrenar hasta un mes más tarde.
Compitió en el campeonato mundial, donde ganó en el programa libre pero acabó segundo detrás de Javier Fernández.
[17] Para la serie del Gran Prix de la temporada 2015-16, participó en Skate Canada y en el Trofeo NHK.
Para poder concentrarse en la preparación para el Campeonato del Mundo, renunció a participar en el Trofeo de los Cuatro continentes.
En el Campeonato Mundial volvió a realizar un ejercicio limpio en el programa corto, y logró 110.56 puntos.
Compitió en el Autumn Classic International ganando el oro y convirtiéndose en el primer patinador que realizaba un cuádruple loop en una competición.
Días antes del Campeonato Nacional de Japón se anunció que no participaría debido a una gripe.
[25] La temporada 2017-18 fue turbulenta para Hanyu debido a que sufrió una lesión en noviembre de 2017, la que lo mantuvo fuera del hielo por dos meses y le impidiera competir por tres meses, en medio de sus preparaciones para los Juegos Olímpicos.
[26] A pesar de haber participado únicamente en tres eventos, logró establecer un nuevo récord mundial para el programa corto,[27] ejecutar su primer cuádruple lutz en una competición[28] y defender su título olímpico.
[35] En agosto de 2018, Hanyu anunció que para la próxima temporada su programa corto sería «Otoñal», por Raúl di Blasio y coreografiado por Jeffrey Buttle.
Pienso, y siento, que puedo patinar para mí mismo de ahora en adelante.