Tras un respetable debut, la Yamaha no obtuvo el resultado esperado en el campeonato mundial de motociclismo del año 203. Sólo había conseguido un podio y al final de la temporada estaba en 7º lugar, muy por debajo de lo esperado. Durante las preparatorias para el campeonato del 2004, Yamaha se esforzó en todas las mejoras posibles. Bajo el liderazgo de Masao Furusawa, director del desarrollo técnico, se rediseñó la moto. Aunque se conservó el concepto del motor de 4 cilindros en línea, se cambió la secuencia de encendido para conseguir más potencia, sobre todo al final de la carrera, cuando los neumáticos ya están gastados. Además, también se mejoró el método de transmisión. El chasis también se modificó, de forma que la YZR-M1 tenía una conducción más suave y la Yamaha 2004 era la moto más maniobrable. Asimismo, se consiguió que el centro de gravedad quedara más bajo.
Yamaha se guardaba otra sorpresa, cuando consiguieron al piloto Valentino Rossi, varias veces campeón del mundo y que había ganado tres títulos consecutivos desde el 2001. Rossi probó cuatro tipos diferentes de motos y cuatro modelos de chasis, con el fin de determinar la mejor combinación para la temporada. Habían conseguido una máquina que no podía perderse de vista en la pista y que mostraría un rendimiento aceptable, incluso cuando los ajustes en las sesiones de entrenamiento no fueran perfectos. Rossi a lomos de la M1 240cv (aceleración de 0 a 100km/h en sólo 6 segundos y de 0 a 300 en 12,6 segundos), no tardó en asombrar a los profesionales del motociclismo, así como a los fans de este deporte. En la temporada 2004, la competición estuvo dominada por la Yamaha, que corría a más de 345km/h con la precisión de un reloj. Rossi dejó a todos atrás en 9 de las 16 carreras y así dejó su marca en la temporada 2004. Con 304 puntos, se hizo con un nuevo título mundial. Sete Gibernau tuvo que conformarse con el segundo puesto.