Durante los entrenamientos primaverales de 2006, fue diagnosticado con trastorno de ansiedad social y depresión, una conducta que había mostrado en su estancia con el equipo.

El 25 de agosto ponchó a 15 bateadores, superando la marca del equipo de más ponches en un solo juego implantada por Mark Gubicza.

El 19 de diciembre fue transferido a los Cerveceros de Milwaukee junto a Yuniesky Betancourt y $2 millones, a cambio de los prospectos Alcides Escobar, Lorenzo Cain, Jeremy Jeffress y Jake Odorizzi.

En la temporada 2012, Greinke se convirtió en el primer lanzador en iniciar tres juegos de forma consecutiva desde hace 95 años.

El siguiente día inició el juego pero lanzó solo hasta la tercera entrada.

Greinke se convirtió en el primer lanzador desde 1920 en registrar 13 ponches en cinco entradas o menos, en un juego ante los Marineros de Seattle el 25 de septiembre.

[19]​ Al concluir la serie, optó por no culminar las últimos tres años de su contrato con los Dodgers y convertirse en agente libre.

[20]​ Al finalizar la temporada, Greinke fue premiado con su segundo Guante de Oro,[21]​ y culminó segundo en la votación al Premio Cy Young detrás de Jake Arrieta.

[23]​ Fue designado por el mánager Chip Hale como el lanzador abridor del Día Inaugural de la temporada 2016,[24]​ en el cual permitió siete carreras en apenas cuatro entradas, incluyendo dos jonrones del campocorto novato Trevor Story.

[27]​ En 2018, Greinke fue convocado a su quinto Juego de Estrellas.

[30]​ Entre los dos equipos, en 2019 tuvo marca de 18-5 con efectividad de 2.93; en 33 aperturas y 208 2⁄3 entradas (sexto en las mayores) solo otorgó boletos a 30 bateadores (1.3 boletos por nueve entradas, la mejor proporción de su carrera y tercera mejor en las ligas mayores) y tuvo un WHIP de 0.982 (quinto mejor en las ligas mayores).

Greinke bateó para .271 con tres jonrones y ocho carreras impulsadas con los Diamondbacks en 2019, lo que le valió el segundo Bate de Plata de su carrera.

Greinke utiliza seis diferentes lanzamientos: Greinke ha sido descrito como un "lanzador científico", y se prepara más ampliamente para cada apertura que la mayoría de lanzadores.