MotoGP W sezonie 2010 awansował do królewskiej klasy MotoGP, w której to podpisał kontrakt z ekipą Emmi Caffé Latte, korzystała ona z motocykli Hondy. Podczas przygotowań do sezonu, gdy team testował różne rozwiązania, postanowiono wyłączyć wszystkie wspomagania elektroniczne na motocyklu Japończyka. Dyrektor techniczny zespołu, Tom Jojic, wyjaśnił, że chciał, aby Aoyama doświadczył, co tak naprawdę potrafi jego Honda RC212V, jak i on sam. Był to zły sezon dla Hiroshiego, doznał ciężkiej kontuzji kręgosłupa podczas Grand Prix Wielkiej Brytanii i większość czasu spędził na rehabilitacji.
Rok 2011 był już lepszy pod względem wyników, Aoyama regularnie finiszował zawody, zwykle plasując się pod koniec czołowej dziesiątki, zaskoczył nawet w Grand Prix Hiszpanii, gdy minął metę czwarty, dostał też szansę, gdy kontuzję odniósł Dani Pedrosa, Japończyk zastąpił go na jeden wyścig (TT Assen) i mógł wypróbować fabrycznej Hondy RC213V. Taką samą szansę otrzymał podczas GP Ameryki w sezonie 2015 i przetestował motocykl przez trzy wyścigi. Ponadto wystąpił jeszcze w Niemczech, lecz go nie ukończył, razem uzbierał 5 punktów, plasując się na 25.