Il salto nella MotoGP
L’anno successivo arriva il grande salto per Alex che avrebbe voluto vincere di più prima di esordire in MotoGP, ma i tempi per il passaggio alla top class sono maturi e il team San Carlo Honda Gresini decide di affidargli la
Honda RC212V con
Shinya Nakano come compagno di squadra. Il suo debutto in MotoGP lo vede spesso nelle retrovie. Conquista due quarti posti come miglior risultato al Mugello e al Sachsenring, ma si ritira cinque volte nell’arco della stagione e chiude due volte fuori dalla zona punti (16° in Cina e 17° in Giappone). Chiude la stagione al 14º posto con 63 punti, ottenendo la metà dei punti del suo compagno di squadra.
Nel 2009 Nakano decide di passare alla Superbike, lasciando la MotoGP. Il nuovo compagno di squadra di Alex diventa Toni Elías, proprio come nella sua prima vera stagione da pilota titolare in 125 con il team Chupa Chups Matteoni Racing. In questa stagione Alex riesce sempre a portare la sua Honda in zona punti ed è costantemente nella top ten. Riesce a ottenere come miglior risultato un secondo posto a Indianapolis, che gli vale il primo podio in MotoGP. A fine stagione si ritrova all’ottavo posto con 111 punti, ma ancora dietro al suo compagno di squadra, questa volta di soli quattro punti. Dopo due anni in cui è cresciuto, stando coi migliori piloti al mondo, nel 2010 decide di
fare un passo più indietro e viene ingaggiato dal RSM Team Scot con una Force GP210 in
Moto2, la categoria che ha sostituito la 250. L’inizio di campionato non è affatto positivo per Alex che è costretto a saltare diversi gran premi per infortuni e problemi della moto. Infatti, la prima parte di stagione è molto difficile e ottiene un decimo posto come miglior risultato. Poi viene chiamato per tre gran premi in MotoGP (Germania, Stati Uniti, Repubblica Ceca) dal team Interwetten Honda MotoGP per sostituire l'infortunato
Hiroshi Aoyama. Tornato in
Moto2, Alex si ritira a Indianapolis, ma vuole concentrarsi al meglio per la gara nel circuito di casa, a San Marino, dove Alex è suo malgrado protagonista dell'incidente che il 5 settembre 2010 toglie la vita
Shōya Tomizawa, durante il Gran Premio di San Marino all'autodromo di Misano Adriatico. La sua stagione continua in sella alla moto del team JiR Moto2 e riesce a ottenere un quarto posto in Giappone, un secondo posto in Malesia e la prima vittoria in Moto2 a Phillip Island, in Australia, la sua seconda in carriera.
Vittoria che dedica al giapponese Tomizawa scomparso qualche gara prima. Alex chiude la stagione con un terzo posto in Portogallo e un sesto posto a Valencia, terminando undicesimo con 95 punti.
Nel 2011 viene confermato come pilota del team JiR Moto2 e continua a guidare l'unica MotoBi in Moto2. Comincia la stagione con un buon quarto posto in Qatar dietro a un podio comandato da
Stefan Bradl e al secondo e al terzo posto
Andrea Iannone e
Tom Luthi. Per sette gran premi consecutivi (otto con il Qatar) non riesce a raggiungere il podio fino alla tappa tedesca dove riesce a chiudere terzo. Dalla Repubblica Ceca al Giappone conquista tre quarti posti per poi riuscire a vincere a Phillip Island dopo aver conquistato la pole position. Alex chiude la stagione al 4º posto con 174 punti.
Dopo due anni positivi con la MotoBi del team JiR, nel
2012 passa al team Forward Racing alla guida di una Suter MMX per poi passare dal GP d'Olanda ad una FTR M212, con compagno di squadra
Yūki Takahashi. Il sammarinese non riesce a guidare al suo meglio in sella alla nuova moto e la stagione non continua nel modo in cui si aspettava. Arriva un podio in Germania che risolleva l’entusiasmo e la fine della stagione regala una vittoria in Malesia. In questa stagione è costretto a saltare il Gran Premio d'Australia, dove aveva vinto le due edizioni precedenti in Moto2.
Nel
2013 rimane nello stesso team alla guida di una Speed Up SF13, ma la stagione è piatta, senza grandi prestazioni né delusioni. Nella stessa stagione sale in MotoGP dal team Ignite Pramac Racing per correre con la
Ducati Desmosedici. Alex ha corso nel GP degli Stati Uniti in sostituzione dell'infortunato
Ben Spies ed è riuscito a chiudere a punti la gara, chiudendo undicesimo posizione. La stagione 2013 non è stata molto positiva, gli unici posizionamenti degni di nota sono due quinti posti (Germania e Australia) e conclude la stagione al 14º posto con 81 punti. Nel
2014 inizia il suo quarto anno in Moto2 passa al team Tasca Racing, alla guida di una Suter MMX2. Alex partecipa solo alle prime dieci gare del campionato per poi passare in MotoGP al posto di
Colin Edwards per il team Forward Racing. Nelle prime dieci tappe della Moto2 il pilota di San Marino si ritira due volte e per altre due volte non chiude in zona punti. Ottiene come miglior risultato un quinto posto sul circuito di Assen. Da Brno in poi, Alex sale in sella alla Yamaha con specifiche Open e nelle ultime otto gare, che riesce a portare a termine, ottiene solo un nono posto come suo miglior risultato. Chiude la sua stagione con 20° posto e 37 punti (in dieci gran premi) e un 21° posto con 14 punti (in otto gare).
Dopo una stagione spezzata in due tra Moto2 e MotoGP nel 2015 sceglie di passare al team Octo IodaRacing nella top class che gli affida una ART. Alex riesce a conquistare solo due volte la zona punti con due 15° posti per poi saltare, per un brutto incidente riportato nelle prove libere nel gran premio del Giappone, quattro gare per una contusione polmonare e alcune fratture a vertebre e costole. Alex chiude la stagione al ventottesimo posto in classifica con solo due punti. Una stagione molto negativa anche prima
dell’infortunio riportato a Motegi.