2010 W 2010 roku w deblu zdecydowała się występować z Nadieżdą Pietrową. Współpraca ta przyniosła wyniki w postaci finału Indian Wells, Miami oraz trzecich rund na kortach im. Rolanda Garrosa i w Wimbledonie. Po turnieju w Londynie Stosur zrezygnowała w tym sezonie z dalszych występów deblowych, by nie obciążać organizmu i skupić się na singlu. Wpływ na tę decyzję miała kontuzja ramienia.
W grze pojedynczej rozegrała jak do tej pory najlepszy sezon w karierze. W Australian Open przegrała dopiero w 4. rundzie z późniejszą mistrzynią turnieju – Sereną Williams. Następnie począwszy od marcowego Indian Wells (półfinał), aż do turnieju w Eastbourne (również półfinał) nie schodziła poniżej poziomu ćwierćfinału. Spośród licznych udanych występów należy wymienić: wygrany turniej w Charleston, finały w Stuttgarcie (przegrana z Justine Henin) i na kortach Rolanda Garrosa. Ten ostatni wynik jest jej najlepszym do tej pory sukcesem. W drodze do finału Stosur pokonała Justine Henin (przerwała w ten sposób fenomenalną serię 21 zwycięstw z rzędu Belgijki w tym turnieju), Serenę Williams (po dramatycznym meczu z numerem jeden rankingu zwyciężyła 6:2, 6:7(2), 8:6), a w półfinale gładko Jelenę Janković 6:1, 6:2.