22 अगस्त 2009 को विगान एथलेटिक के खिलाफ घर से बाहर 5-0 की जीत में दूसरा गोल करके बरबातोव ने 2009-10 सीजन का पहला गोल किया। चैंपियंस लीग में वुल्फ्सबर्ग के खिलाफ प्रेरक प्रदर्शन के तीन दिन बाद, 3 अक्टूबर 2009 को सुंदरलैंड के खिलाफ मैनचेस्टर यूनाइटेड के दो बराबरी वाले गोलों में से पहले के लिए उन्होंने एक उत्कृष्ट सीजर-किक लगा कर गोल किया। 31 अक्टूबर को फिर से एक विशिष्ट नियंत्रण और फिनिश के साथ उन्होंने ब्लैकबर्न रोवर्स के खिलाफ गोल किया लेकिन उन्हें इस मैच में चोट लग गई जिसने उन्हें एक महीने से अधिक तक टीम से बाहर रखा। लगभग दो महीने बाद 27 दिसम्बर 2009 को उन्होंने हल के खिलाफ फिर से गोल किया। अगले ही गेम में विगान एथलेटिक के खिलाफ 5-0 से घरेलू जीत में उन्होंने चौथा गोल दागा. दिमितार ने अपना नौवां गोल प्रीमियर लीग में एवर्टन से 3-1 की हार में किया। इस गोल का यह भी मतलब था कि उन्होंने अपने पांच गोल पिछले पाँच शुरुआती लीग मैचों में किये थे। उनका 10वाँ लीग गोल फुलहैम के खिलाफ मजबूत प्रदर्शनों के बाद आया। उन्होंने वेन रूनी के दूसरे गोल के लिए सहायता भी प्रदान की। 27 मार्च 2010 को घर से बाहर बोल्तों वांडरर्स पर 4-0 की जीत में उन्होंने क्लब के लिये लीग के अपने पहले दोहरे गोल किये।

हाल ही में यूनाइटेड के खिताब जीतने के विलंब से शुरू हुए अभियान में गोल रहित रहने के कारण बरबातोव समर्थकों के कुछ वर्गों की आलोचना के शिकार हुए हैं। वेन रूनी को चोट लगने के बाद उन पर भरोसा किये जाने के कारण यह आलोचना और तीव्र हो गई है। एलेक्स फर्ग्यूसन का भी बरबातोव पर निर्भर रहने में विश्वास नहीं रहा है और ऐसा लगता है कि वे रूनी को तेजी से चोट से वापस लाना लाना चाहते हैं। इससे यह कयास लगाया जा रहा है कि ओल्ड ट्रैफर्ड में सिर्फ दो सीजन के बाद संभवतः गर्मियों में हस्तांतरण खिड़की खुलने पर वे यूनाइटेड को छोड़ देंगे।

2008-09 सीज़न
2009-10 सीज़न
अंतर्राष्ट्रीय गोल
सीएसकेए सोफिया