第66至95集为第三季，第96至98集为第四季。紧随《大电影》之后，孩之宝趁热打铁，推出了第三季动画，背景是发生在大电影五年后也就是2010年，因此第三季的日版被称为《变形金刚2010》，作为一个独立的系列，第三季在制作上是非常成熟的，剧情也与电影版紧密衔接，一开始就是有关大电影中出场的邪恶领主五面怪的故事，而且因为大电影极大的拓展了变形金刚的世界范围，剧情也就变得更为复杂，人物也更为繁多。在人物性格的刻画上也保持了优良的水平，对汽车人的第二代领袖补天士的形象刻画尤为丰满：作为临危受命的领袖，补天士始终对自己的信心不足，虽然他也颇富领袖气质，但明显缺乏前任擎天柱的那种英雄魄力，而这也使他苦恼不已，随后的剧情发展中，补天士遇到了许多困难和危险，他也在一步步更加成熟，第三季一共30集，在最后两集中，由于包括补天士在内的许多汽车人感染了一种宇宙病毒，失去了智力，使得汽车人群龙无首，残留的汽车人只好把擎天柱大哥复活，擎天柱的归来为汽车人带来了希望和信心，在擎天柱和补天士的合力下，终于走出了危机，为第三季画上了一个圆满的句号。第三季中并没有出现新概念的设计元素，只是增加了一些三变身的战士，以及新的巨型合体战士兼战斗基地，如针锋相对的汽车人阵营的猛大帅和霸天虎阵营的铁甲龙，第三方的人物倒是更为丰富一些，也增加了剧情的可看性，从第三季结束开始，美版动画开始走上了下坡路。