W roku 1986 Amerykanin podpisał kontrakt ze stajnią Lucky Strike-Yamaha, której szefem był jego były rywal Kenny Roberts. Mamola powrócił do rywalizacji o tytuł, jednak ostatecznie przegrał ją z Lawsonem oraz Wayne'em Gardnerem. Kalifornijczyk znalazł się na podium w siedmiu wyścigach, a na belgijskim torze Spa odnotował jedynie zwycięstwo w sezonie.
Rok 1987 był najlepszym sezonem w karierze Mamoli. Pomimo tego po raz czwarty musiał uznać wyższość rywala, tym razem Gardnera. Randy aż dwunastokrotnie plasował się w pierwszej trójce, z czego trzykrotnie na pierwszym miejscu. Ostatnie zwycięstwo w karierze odniósł na torze w San Marino (tam również ustanowił ostatnie najszybsze okrążenie wyścigu), natomiast pole position w Portugalii.
W sezonie 1988 Amerykanin opuścił czołową stajnię i rozpoczął współpracę z mniej konkurencyjną ekipą Cagiva. Jego osiągi uległy więc wyraźnemu pogorszeniu. Wystąpiwszy w dwunastu wyścigach, w sześciu dojechał do mety, zajmując najniższy stopień podium podczas GP Belgii. Rywalizację ukończył na 12. pozycji.
Sezon 1989 był jeszcze słabszy w wykonaniu Mamoli. W ciągu trzynastu eliminacji, sześciokrotnie sięgał po punkty, będąc tylko w jednym wyścigu w czołowej dziesiątce. W GP Jugosławii uplasował się wtedy na siódmym miejscu. Zdobyte punkty sklasyfikowały go na 18.