En septiembre de 2011 se convirtió en la campeona del Abierto de Estados Unidos al derrotar a la múltiple campeona de Grand Slams Serena Williams, convirtiéndose así en la primera australiana en ganar este torneo desde que Margaret Court lo hiciera en 1973, en la primera australiana en ganar un Grand Slam desde que Evonne Goolagong Cawley ganara Wimbledon en 1980 y en la primera australiana en ganar un Grand Slam en cancha dura. Durante el torneo estableció otros récords como derrotar a Nadia Petrova 7-6(5), 6-7(5), 7-5 en el partido femenino más largo en este torneo desde que se implantó la muerte súbita, y jugar la muerte súbita más larga (32 puntos) en un partido femenino de Grand Slam en cuarta ronda, donde derrotó a Maria Kirilenko 6-2, 6-7(15), 6-3.
2017
Stosur comenzó la temporada en el Brisbane International con una derrota en la primera ronda ante la cuarta cabeza de serie Garbiñe Muguruza en un thriller de tres sets. Luego compitió en el Apia Sydney International, donde perdió ante Anastasia Pavlyuchenkova, en dos sets. Esta fue su octava derrota consecutiva en los cinco meses desde su victoria sobre Camila Giorgi en el US Open de 2016. Luego cayó ante Heather Watson en la primera ronda del Abierto de Australia 2017, en tres sets. Stosur puso fin a su racha de cinco meses de derrotas en el Abierto de Taiwán, donde fue la segunda cabeza de serie. Derrotó a Danka Kovinić en sets seguidos para preparar un choque con la clasificadora eslovena Dalila Jakupović y la derrotó en tres sets. Su carrera terminó a manos de Peng Shuai en los cuartos de final en dos sets. Stosur se retiró de la eliminatoria de la Fed Cup de Australia contra Ucrania por falta de forma. Luego compitió en el Abierto de Catar, donde alcanzó los cuartos de final. Derrotó a la letona Anastasija Sevastova y a la octava cabeza de serie Barbora Strýcová antes de caer ante Dominika Cibulková en dos sets por primera vez. En el Campeonato de Dubái, Stosur fue cabeza de serie 12. Derrotó a la clasificatoria Zhang Kailin en sets seguidos en la primera ronda antes de perder ante la adolescente croata Ana Konjuh en sets seguidos, en la segunda ronda.
Su siguiente torneo fue el Masters de Indian Wells, donde ocupó el puesto número 16. Perdió su partido de la primera ronda contra Julia Görges en un thriller de tres sets. Después de esa racha decepcionante, Stosur se recuperó en el Abierto de Miami, donde ocupó el puesto 14. Llegó a la cuarta ronda después de derrotar a su compatriota australiana Ashleigh Barty en la segunda ronda, vengando su derrota en los cuartos de final en el Abierto de Taiwán al derrotar a Peng Shuai en tres sets antes de que su carrera terminara a manos de Simona Halep en un thriller de tres sets. Su próximo torneo fue el Abierto de Charleston, donde recibió un adiós de primera ronda. Venció a la ex número 1 del mundo serbia, Jelena Janković, en sets seguidos antes de perder ante Irina-Camelia Begu en sets seguidos.
Stosur ganó su noveno título de la WTA en Estrasburgo, derrotando a su compatriota australiana Daria Gavrilova en la final. El partido muy disputado entre los dos australianos duró 2 horas y 45 minutos.[4]
Luego comenzó su campaña en el Abierto de Francia para tratar de defender sus puntos de semifinalista del año pasado. Derrotó a Kristína Kučová en la primera ronda, en sets seguidos, para avanzar a la segunda ronda, donde venció a la ex número 13 del mundo, Kirsten Flipkens, en sets seguidos para avanzar a la tercera ronda. Luego derrotó a Bethanie Mattek-Sands en dos sets, pero perdió en la cuarta ronda ante la eventual campeona Jeļena Ostapenko. Esto resultó en que perdiera su clasificación número 1 de mujeres australianas ante Daria Gavrilova. Y, desafortunadamente, Stosur se perdió la temporada sobre césped debido a una fractura por estrés en la mano.
2018
En el Abierto de Australia 2018, Stosur perdió en la primera ronda ante Mónica Puig a pesar de tener un punto de partido en el segundo set.[5] Tampoco pudo defender su título en el Internationaux de Strasbourg, perdiendo ante Dominika Cibulková en los cuartos de final del torneo.[6]
En el Abierto de Francia, Stosur perdió en la tercera ronda ante Garbiñe Muguruza.[7]
En Mallorca, Stosur llegó a semifinales donde perdió ante Sevastova.[8] En el Campeonato de Wimbledon 2018, perdió en la segunda ronda ante su compatriota australiana Daria Gavrilova. En el US Open, fue derrotada en la primera ronda por la segunda cabeza de serie Caroline Wozniacki.
Stosur comenzó su temporada 2021 en la primera edición del Yarra Valley Classic. Perdió en la primera ronda ante la decimosexta cabeza de serie Marie Bouzková.[10] En el Abierto de Australia 2021, ganó su partido de primera ronda sobre su compatriota Destanee Aiava.[11] Ella sufrió una segunda paliza a manos de Jessica Pegula.[12] En dobles mixtos, ella y su compatriota, Matthew Ebden, llegaron a la final donde perdieron ante Barbora Krejčíková/Rajeev Ram.[13] Jugando en Adelaida, fue derrotada en la primera ronda por la clasificatoria y compatriota Maddison Inglis.[14]
En agosto del 2021, Stosur ganó los dobles del Western & Southern Open 2021 con Zhang Shuai. Es el título de dobles número 27 de la carrera de Stosur y el primero desde el Abierto de Australia 2019.[15] Luego ganó el título del Abierto de EE. UU. 2021 con Zhang Shuai venciendo a Coco Gauff / Caty McNally en la final.
2022
Al sentir en su cuerpo muchas molestias físicas, por el cual ha tenido que renunciar a varios tornes, Stosur anunció su próximo retiro de individuales después del Abierto de Australia 2022, en el que recibió un comodín.[16] Llegó a la segunda ronda del Abierto de Australia de 2022, en la que perdió ante la undécima preclasificada Anastasia Pavlyuchenkova. Esto fue anunciado como su retiro del tenis profesional en individuales.[17] Luego participó en el Abierto de Indian Wells y el Abierto de Miami, en ambas ocasiones en pareja con Shuai Zhang. Perdieron en la primera ronda en ambos torneos. Stosur luego recibió un comodín para su último torneo individual, el Internationaux de Strasbourg de 2022, en el que perdió en la primera ronda ante Harmony Tan.
En el Campeonato de Wimbledon 2022 llegó a la final en dobles mixtos con Matthew Ebden, pero perdió ante los campeones defensores Desirae Krawczyk y Neal Skupski,[18] con ese torneo despediría la temporada, ya mermada y sobre todo ya acosada por las lesiones.
2023 Últimos torneos y Retiro
Sin poder ya superar las lesiones, Stosur a través de su cuenta de Instagram, anunció que el Abierto de Australia 2023, será el último torneo de su discreta carrera profesional.[19][20], perdiendo contra la pareja conformada por el croataNikola Mektić y la neerlandesaDemi Schuurs en dobles mixtos por 6-4, 3-6, 6-10, finalizando de esta manera 24 años de carrera.[21]