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Fogarty solo alla fine degli anni ottanta passa alle grosse cilindrate, dopo aver vinto tre campionati del Mondo TT F1, gare di Superbike inglese e il Tourist Trophy dell'Isola di Man. Il 1990 è l'anno dell'ascesa di Fogarty che non si limita a vincere il suo terzo mondiale della classe FIM F1, ma partecipa sia a gare del motomondiale, nella classe 500 (arriva sesto, decimo e ottavo nei Gran Premi di Svezia, Cecoslovacchia e Ungheria). sia a corse del campionato del Mondo Superbike. Nel 1992 dopo la vittoria, in coppia con Terry Rymer, del mondiale Endurance comincia il suo binomio con la Ducati.
Già nel primo anno a Borgo Panigale riesce a vincere la prima delle sue 59 gare, nella sua Donington Park. A fine stagione, nel novembre 1992, conquista il Gran Premio di Macao, che si disputa ininterrottamente dal 1967 sull'ominimo tracciato cittadino.
L'anno successivo finisce secondo, staccato di soli 29 punti, pur con undici vittorie all'attivo nel mondiale, dietro al rivale statunitense Scott Russell. Nello stesso anno non riesce a ottenere il podio nella gara del motomondiale, classe 500, a Donington Park solo perché all'ultimo giro, mentre era saldamente dietro a Luca Cadalora e Wayne Rainey, gli finisce la benzina: la gara, a cui aveva partecipato grazie a una wild card, lo vede chiudere quarto, a motore spento, dietro anche al connazionale Niall Mackenzie.Il 1994 è l'anno giusto per laurearsi per la prima volta campione del mondoː vince dieci Gran Premi e totalizza 305 punti iridati. Si ripete vincendo il titolo anche l'anno successivomigliorando il suo score con tredici vittorie e quasi cinquecento punti ottenuti. Sempre nel 1995 sfiora inoltre l'exploit alla 200 Miglia di Daytona, battuto da Scott Russell solo per un problema occorso al rifornimento.
Desideroso di nuove sfide, nel 1996 viene ingaggiato dal Team Castrol Honda per portare la Honda RC45 alla vittoria del mondiale Superbike, ma il quarto posto nella classifica finale lo convincono a tornare in Ducati. Nel 1997 lotta nuovamente per il titolo, chiudendo secondo dietro a John Kocinski, che riesce nell'impresa sfuggita a Foggy l'anno precedente. Si laurea nuovamente campione del mondo nella stagione 1998 che si decide all'ultima gara. Fogarty che si trova, prima dell'appuntamento finale di Sugo, dietro a Aaron Slight, lo supera di tre punti e mezzo. Nel 1999 si ripete battendo Colin Edwards.Il 25 aprile 2000, in gara 2 del Gran Premio d'Australia, Fogarty (campione del mondo in carica) nel tentativo di rimontare da una cattiva partenza urta accidentalmente il pilota austriaco Robert Ulm e, complice anche la pista umida, cade rovinosamente fratturandosi l'omerodel braccio sinistro. Portato in ospedale, viene operato con una prognosi, inizialmente, di almeno 40 giorni. In questo periodo di stop forzato, numerosi sono i tentativi del pilota britannico di tornare alle competizioni; tuttavia, viste le difficoltà nel recuperare completamente la funzionalità motoria dell'arto, annuncia il 20 settembre il definitivo ritiro dalle competizioni motociclistiche. Il suo posto in sella alla Ducati viene preso dall'allora semisconosciuto australiano Troy Bayliss, proveniente dal campionato AMA Superbike, il quale presto ne raccoglierà l'eredità in seno ai tifosi della casa italiana.
I punti ottenuti all'inizio della stagione consentono a Fogarty di chiudere, la sua ultima stagione nel mondiale Superbike, al ventiseiesimo posto in classifica piloti.