La Master System ne se vend pas si bien que ça, principalement car elle est arrivée en retard au Japon (territoire où les consoles se vendent le plus) par rapport à la NES. Sega décide alors de prendre de l'avance sur la génération de consoles suivante pour tenter de renverser Nintendo. L'entreprise sort donc une nouvelle machine, la Megadrive, ou Genesis en Amérique. C'est la première console 16bits sur les différents marchés (1988 au Japon, 1989 aux États-Unis et 1990 en Europe), avec sur chaque continent deux ans d'avance sur sa future rivale, la Super Nintendo Entertainment System (aussi appelée Super NES, ou Super Famicom). Pendant cette période sans concurrence, la Megadrive domine forcément le marché, et propose une puissance jamais vue. Cependant, la sortie de la Super NES bouleversera cette domination, car Nintendo est soutenu par les éditeurs ayant développé des jeux sur NES, et par sa notoriété auprès des joueurs. La Megadrive accueillera néanmoins les nouveaux jeux issus de l'arcade (Street of Rage, OutRun...), mais aussi un autre élément important que nous allons voir.

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C'est à cette période que d'importantes campagnes publicitaires vantant la puissance de la Megadrive sont mises en œuvre et qu'apparaît le slogan connu de tous : « Sega, c'est plus fort que toi ! ». C'est aussi à cet instant que les dirigeants de la firme comprennent une de leurs erreurs : ils n'ont pas vraiment de mascotte officielle. Si Alex Kidd est apprécié des fans, il ne convainc pas le grand public et ne rivalise pas avec Mario, porte-étendard de Nintendo.

Le studio Sega AM8 est alors chargé de proposer une vraie mascotte et soumet des candidats potentiels pour être la future icône de Sega. On trouve entre autres un loup, un tatou (qui sera repris pour Mighty le Tatou), un lapin avec des oreilles-mains extensibles (concept repris dans Ristar, avec une étoile qui possède des mains qui peuvent s'allonger), un grand moustachu (qui représenterait un anti-Mario ?), et surtout un hérisson. A la fin des débats, c'est le hérisson de Naoto Ōshima, nom de code Mr. Needlemouse, qui devient la mascotte de la firme. Sa couleur bleue est choisie pour concorder avec le logo de la firme, et on le baptise Sonic. Le nom « Sonic » vient du fait que le jeu dans lequel il intervient est censé démontrer la vitesse de calcul de la console, d'où la vélocité du jeu pour l'époque. Le personnage du moustachu sera repris et deviendra l'ennemi de Sonic, le Dr. Robotnik, ou Dr. Eggman (ce qui tend à confirmer qu'il était peut-être une sorte de Mario version Sega lors des propositions de mascottes). Le studio AM8 deviendra par la suite la bien connue Sonic Team.

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Avec sa nouvelle mascotte enfin trouvée, Sega sort un an plus tard partout dans le monde, en 1991, le jeu Sonic The Hedgehog, basé sur une vitesse impressionnante pour une console à cette époque. Le jeu est un énorme succès, et s'écoulera à plus de 4 millions d'exemplaires. Sega et Nintendo sont pour la première fois de vrais rivaux et se disputent les parts des différents marchés avec acharnement. De plus, les éditeurs tiers ne boudent plus la machine de Sega et lui permettent d'enrichir sa ludothèque.

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Pendant ce temps, en 1991, le monde des bornes d'arcade n'est pas en reste. Sega sort Time Traveller, le premier jeu holographique. De plus, les systèmes Model 1 et Model 2 sont produits pour les nouvelles bornes. Yu Suzuki, dont nous avons déjà parlé rapidement, conçoit sur le Model 1 Virtua Racing (1992) et Virtua Fighter (1993), les premiers jeux 3D en arcade, tandis qu'il crée Daytona USA (1995) sur le Model 2.