2008年底，雅馬哈宣布他們将在2009年發布全新的R1。新款R1采用M1 MotoGP自行車的發動機技術及其交叉平面曲軸。橫闆技術将每個連杆從下一根連杆放置90°，點火間隔不均勻，為270°- 180°- 90°- 180°。2009 R1是第一款使用橫翼曲軸的量産運動自行車。動力輸出與90°V4相同，具有180°曲柄，例如本田VFR800，與雅馬哈V-Max非常相似，雅馬哈V-Max因其排氣聲而受到贊譽。雅馬哈聲稱，這款自行車将給騎手帶來“兩合一”，雙胞胎的低端扭矩和直列四缸的速度。與R1的先前版本一樣，2009年車型保留了其雅馬哈芯片控制油門（YCC-T）。

2009年車型的另一項進步是D-Mode節氣門控制閥映射，它允許騎手根據騎手的環境在三個不同的地圖之間進行選擇。每種操作模式控制YCC-T特性，改變R1對騎手輸入的反應方式。第一種模式是标準模式，可在各種駕駛條件下提供性能。第二種模式是“A”模式，它将在中低轉速範圍内為騎手提供更多的可用動力。第三種模式是“B”模式，它是前一種模式的回撥，旨在減輕惡劣天氣和繁忙交通中的油門響應。D-Mode油門控制由車手通過油門附近的前進模式按鈕控制。儀表闆比以前的車型更全面，2009/2010雅馬哈YZF-R1車型标配檔位指示器。

通過對車架和懸架的改變，R1的整體操控性得到了改善。為2009 R1設計了一個新的副車架，由鎂鑄成，重量更輕，有助于質量集中。2009年的後減震器提供變速阻尼，以及通過螺釘調節輕松調整預載荷。後減震器現在通過不同的連杆連接到擺臂下方;與往年車型相比有所變化。為了提高整體操控性和安全性，雅馬哈配備了一個電子轉向阻尼器。

前部具有相同的經典R1形狀，盡管進氣位置和前大燈設計已在2009年型号上進行了改進;僅使用投影儀燈泡，并使用鼻錐内新發現的設計空間來重新布置燈旁邊的沖壓空氣管。

Motorcyclist雜志在三橢圓形賽道的範圍内測試2010年車型年，報道了0至1⁄4英裡（0.00至0.40公裡）的10.02秒@144.23英裡/小時（232.12公裡/小時），油耗為25英裡/加侖-美國（9.4升/100公裡;30英裡/加侖-英制）。摩托車消費者新聞報道了測試的最高時速176.7英裡/小時（284.4公裡/小時）。

2012年，雅馬哈YZF-R1獲得了牽引力控制，重新設計了上整流罩（自行車的鼻子），并發布了50周年紀念版R1。特别版顔色的靈感來自阿森TT獲獎的MotoGP自行車。特别版紀念雅馬哈參加MotoGP。這個版本隻生産了2000個單位。

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