La a doua ediție a Jocurilor Olimpice de Iarnă, care a avut loc în Italia, în 2006, Vonn a obținut al doilea cel mai bun timp la primul antrenament, dar s-a prăbușit la al doilea antrenament și a trebuit să fie evacuată cu elicopterul la Torino, unde a fost spitalizată peste noapte. În ciuda vânătăilor și a durerilor puternice, Vonn a revenit pe pârtie 2 zile mai târziu. Ea a concurat și a terminat pe locul opt și a câștigat premiul U.S. Olympic Spirit Award datorită performanței sale curajoase în ciuda durerii. La Cupa Mondială din 2007, ea s-a clasat pe locul al treilea la probele de coborâre și super-G. În 2008, Vonn a câștigat titlul general al Cupei Mondiale, devenind doar a doua femeie americană care reușește acest lucru. Ea a stabilit un nou record american pentru cele mai multe victorii în Cupa Mondială la coborâre, cu zece victorii în Elveția, la 8 martie a aceluiași an. Ea și-a repetat victoriile la general în Cupa Mondială în 2009 și 2010. În 2010, a fost desemnată Sportiva Anului în cadrul Premiilor Laureus World Sports. La Jocurile Olimpice de iarnă de la Vancouver din 2010, Vonn plănuia să concureze în toate cele cinci probe alpine feminine, însă o tibie grav lovită în urma unui accident la antrenament a împiedicat-o să participe. Cu toate acestea, Vonn a continuat să câștige medalia de aur la coborâre, învingând-o pe rivala de lungă durată Julie Mancuso cu 0,56 secunde și devenind prima femeie americană care a câștigat aurul la coborâre. În 2011, Vonn a pierdut Cupa Mondială la general în fața Mariei Riesch la doar trei puncte.

Sufocată de boală, Vonn a început greu sezonul 2013, când a luat o pauză din circuitul Cupei Mondiale. După ce accidentările i-au afectat performanțele din 2014, ea a decis să nu concureze în Cupa Mondială nici în acel an. Ea a revenit la sfârșitul aceluiași an, la cursa feminină de coborâre din Cupa Mondială de la Lake Louise, Alberta, câștigând evenimentul. În martie 2015, ea a câștigat cursa de coborâre din Cupa Mondială de la Meribel, Franța, și și-a adjudecat pentru a șaptea oară titlul în Cupa Mondială de coborâre. În 2016, Vonn a anunțat prin intermediul Facebook că a suferit o intervenție chirurgicală pentru a repara o fractură severă a osului humerus al brațului drept din cauza unei accidentări la un antrenament. Ea a revenit în Cupa Mondială în ianuarie 2017 și a obținut cea de-a 77-a victorie a sa. La Jocurile Olimpice de iarnă din 2018 din Coreea de Sud, Vonn a terminat la egalitate pe locul 6 la Super-G feminin și a câștigat medalia de bronz la coborârea feminină. Ea și-a anunțat retragerea la începutul Cupei Mondiale de schi alpin 2018-2019. La 10 februarie 2019, Vonn a câștigat o medalie de bronz în coborârea feminină la Campionatele Mondiale, devenind cea mai în vârstă femeie care a câștigat o medalie la 34 de ani la un campionat mondial. Odată cu aceasta, ea s-a retras complet din circuitul de curse.

.