Aj sezónu 2014 Peťo odštartoval na argentínskych pretekoch Tour de San Luis, kde obsadil 76. pozíciu. V súťaži o zelené tričko na Dubai Tour skončil druhý, pričom v celkovej klasifikácii obsadil 73. miesto. Na Tour of Oman sa dočkal prvého etapového víťazstva v sezóne. V celkovom poradí skončil na 49. mieste. Druhé miesto obsadil na talianskych pretekoch Strade Bianche. Na Tirreno-Adriatico prvýkrát v sezóne vyhral bodovaciu súťaž o zelený dres. V Belgicku si pripísal prvenstvo na E3 Harelbeke a tretie miesto na Gent – Wevelgem. Na prestížnych pretekoch Paris – Roubaix obsadil 6. priečku. Na Amgen Tour of California opäť vyhral súťaž o zelené tričko a celkovo skončil na 55. mieste. Zelené tričko získal aj na Tour de Suisse, kde obsadil 68. miesto v celkovej klasifikácii. V lete 2014 sa Sagan prestúpil do tímu Tinkoff-Saxo. Záujem o Petra mali mať aj tímy Astana a tím pretekára F1 Fernanda Alonsa. Spolu s Petrom odišli do tímu aj jeho brat Juraj a masér Maroš Hlad.
Peťo súčasťou ruského tímu
Peter sa stal v roku 2015 súčasťou ruského tímu Tinkoff-Saxo pod vedením Olega Tinkova. Nastúpil v prvej časti sezóny na ôsmich pretekoch: Tour of Qatar, Tour of Oman, Tirreno-Adriatico, E3 Harelbeke, Gent-Wevelgem,Tour des Flandres, Grand_Prix_de_l’Escau, Paris – Roubaix, Amgen Tour of California, Tour de Suisse. Na začiatku roka sa snažil získať prvé víťazstvo v novom drese, za nový tím, ale nedarilo sa mu. Viackrát skončil druhý. Svoje prvé víťazstvo v roku 2015 získal až v 6. etape na Tirrenu-Adriaticu. V klasike Milano San Remo sa tiež zúčastnil na konci klasiky špurtu, ale získal 4. miesto. Na klasike Okolo Flámska skončil tiež štvrtý, vtedy zvíťazil Nór Alexander Kristoff. Na ďalšej klasike Paris – Roubaix sa Saganovi ku koncu pokazil bicykel a pritom stratil mnoho času a nakoniec obsadil 23. miesto. Víťazom sa opäť stal John Degenkolb.
Kritika za výkony, napokon majstrom
Kritici začali kritizovať Petra Sagana za výkony na jarných klasikách, ale potom prišla Tour of California. V prvých dvoch etapách bol dvakrát druhý a stále prehral v koncovke etapy za Markom Cavendishom. V 3. etape vyšiel únik lotyšskému pretekárovi Tomovi Skujinšovi a Sagan bol znova druhý. Ale v 4. etape získal v rovinatej etape svoj prvý etapový triumf na týchto pretekoch a celkovo druhý v roku 2015. V 5. etape vyhral opäť Mark Cavendish a Peťo tu bol tretí. V nasledujúcej etape v individuálnej časovke nechal za sebou všetkých a získal etapové víťazstvo. Peter tu dostal vedúci žltý dres pre pretekára s najlepším časom. Hoci tento žltý dres stratil, v ďalšej etape vďaka časovému bonusu získal ho od Juliana Allaphilippa a vyhral preteky Tour of California. Ďalšie dva etapové víťazstvá získal na pretekoch Tour de Suisse. Peter v tomto roku získal svoj prvý titul majstra Slovenska v časovke jednotlivcov medzi pretekármi Elite a obhájil titul majstra Slovenska v hromadných pretekoch. V júli Peter už štvrtý raz po sebe získal zelený dres na Tour de France. O zelený dres na Tour de France bojoval hlavne s Andrém Greipelom. Aj keď nezískal žiaden etapový triumf zúčastnil sa viacerých únikov. Peťo vlastnil doteraz už 4 zelené dresy. Veľkého víťazstva sa dočkal na MS 27. septembra 2015 v Richmonde, USA, kde sa stal majstrom sveta v pretekoch s hromadným štartom po sólovom úniku 2,6 km pred cieľom. Saganov majstrovský titul je historickým úspechom pre slovenskú cyklistiku. Sezónu zakončil dvoma druhými miestami na Abu Dhabi Tour, kde si naposledy obliekol biely dres.