W 2003 roku przeszedł do zespołu Ducati (powracającego po 30 latach przerwy do MotoGP). Zajął 5-krotnie miejsce na podium i 4. miejsce w klasyfikacji generalnej. W 2004 roku Ducati radykalnie zmieniło motocykl, a Capirossi zajął dopiero 9. miejsce w klasyfikacji końcowej. 2005 rok to trudny początek sezonu zakończony dwoma triumfami i ostatecznie 6. miejscem. W sezonie 2006 partnerem Lorisa w zespole Marlboro Ducati był Sete Gibernau. Pierwszy wyścig o GP Hiszpanii na torze Jerez Capirossi wygrał i długo prowadził w klasyfikacji generalnej, jednak podczas GP Katalonii uczestniczył w niebezpiecznym wypadku, w którym brało udział aż sześciu kierowców. Na początku wyścigu, na prostej start-meta, w motocyklu Sete Gibernau zablokowało się przednie koło, po czym pojazd wzbił się w powietrze, uderzając motocykl Lorisa i rozpoczynając tym samym karambol, w którym brali udział między innymi Marco Melandri, Daniel Pedrosa, John Hopkins oraz Randy de Puniet. Capirossi stracił przytomność, a Gibernau złamał obojczyk. Capirossiego z obrażeniami wewnętrznymi przewieziono do szpitala. Następstwem tego wypadku były słabe rezultaty motocyklisty w cyklu Grand Prix.