In onda, in America, al 24 settembre 2009 al 20 maggio 2010, la sesta stagione di Grey's Anatomy si compone di 24 episodi. Classificatasi 17esima nella speciale classifica dei programmi più visti della stagione, ha ottenuto una media di 13 milioni di telespettatori a puntata.
Alex Karev firma le carte del divorzio e pone fine al matrimonio con Izzie Stevens
La sesta stagione di Grey's Anatomy è teatro di due dolorosi addii da parte del cast storico. Dopo l'incidente che lo ha visto protagonista, George O'Malley muore da eroe in seguito alle gravissime ferite riportate nello scontro frontale con un autobus.
Izzie Stevens, invece, sopravvive al tumore ma viene licenziata da Richard Webber in seguito a un errore medico. La specializzanda, traumatizzata dai recenti avvenimenti, decide di prendersi una pausa e abbandona l'ospedale lasciando Alex nello sconforto. Qualche settimana dopo la donna riappare, ma nonostante la voglia di ricucire il suo matrimonio, Karev firma le carte del divorzio precisando di meritare molto più di una donna che scappa. A nulla servono le suppliche di Meredith, Izzie infatti abbandona per sempre il Seattle Grace.
Il triangolo amoroso tra Cristina Yang, Owen Hunt e Teddy Altaman
I problemi di budget costringono Richard Webber a prendere una difficile decisione. Il Seattle Grace si fonde, infatti, con il Mercy West dal quale arriva un nuovo gruppo di giovani specializzandi.
La tensione è palpabile, ma col tempo vecchi e nuovi protagonisti imparano a conoscersi. In particolare, Jackson Avery dimostra, fin da subito, una particolare attrazione per Cristina Yang. Quest'ultima, nonostante la crisi con Owen, lo rifiuta categoricamente. Nel frattempo, il Maggiore Hunt affronta il suo stress post traumatico andando in terapia, ma l'arrivo di Teddy Altman - una collega di Owen dai tempi dell'Iraq - mette in crisi la coppia.
Il chirurgo d'emergenza appare infatti indeciso tra le due donne, ma alla fine della stagione comprende che Cristina è l'amore della sua vita. Mentre Mark e Lexie, dopo aver provato a ricucire il loro rapporto, decidono di separarsi per via della presenza di Riley Sloan, Callie e Arizona interrompono la loro relazione a causa della riluttanza del chirurgo pediatrico di avere dei figli.
A fine stagione, tuttavia, la Robbins cambia idea e confessa all'ex fidanzata di essere pronta a tutto pur di stare con lei.
Derek Shepherd vittima di un colpo d'arma da fuoco
Infine, la sesta stagione di Grey's Anatomy viene ricordata per la terribile sparatoria messa in atto da Gary Clarke. L'uomo, convinto che la morte della moglie sia stata causata da un errore medico, entra in ospedale armato e deciso a far giustizia. Nella sparatoria muoiono Reed e Charles (due specializzandi del Mercy West), mentre Alex e Derek rimangono gravemente feriti. Il primo viene soccorso da Mark e Lexie, il secondo viene operato d'urgenza da Cristina Yang. Durante il delicatissimo intervento chirurgico, Gary Clarke irrompe in sala operatoria e intima alla specializzanda di fermarsi.
Cristina, per amore di Meredith prosegue nonostante il pericolo, ma a quel punto la protagonista interviene chiedendo a Clarke di uccidere lei. Grazie a una brillante idea di Jackson, Gary si convince di aver fatto giustizia e credendo Derek ormai morto parte alla ricerca dell'ultimo nome sulla lista: Richard Webber. Nonostante la disperazione di Meredith, che nel frattempo subisce un aborto spontaneo, Derek sopravvive allo sparo e poco dopo chiede della moglie, che tuttavia non gli rivela ancora di aver perso un bambino. La stagione si conclude con la morte di Gary Clarke che, sotto consiglio di Webber, prende l'unica strada possibile per non passare il resto della sua vita in carcere: il suicidio.
