Na zijn professionele wielercarrière werd Bruyneel ploegleider bij het US Postal Service team. Daar werd hij bekend als de strateeg achter de successen van Lance Armstrong. Vanaf 1999 hielp hij de Amerikaan aan zeven opeenvolgende Touroverwinningen, welke later vanwege dopinggebruik werden ingetrokken. In 2005 ging de US Postal-ploeg over in het Discovery Channel Pro Cycling Team. Armstrong stopte (voorlopig) met wielrennen, maar Bruyneel bleef succesvol met andere renners. In 2007 won Bruyneel met Alberto Contador zijn achtste Tour de France als ploegleider.

In 2008 hield de Discovery Channel-ploeg op te bestaan. Aanvankelijk kondigde Bruyneel hierop ook zijn vertrek uit de professionele wielersport aan, maar in oktober 2007 maakte hij bekend algemeen manager te worden bij de wielerploeg Astana. Onder andere Alberto Contador en Levi Leipheimer maakten ook de overstap van Discovery Channel naar Astana. In 2009 werd Bruyneel bij Astana herenigd met Lance Armstrong, die zijn comeback maakte in het wielerpeloton en won Alberto Contador onder zijn leiding voor de tweede keer de Tour de France.

In 2010 kwam Armstrong met een eigen nieuwe ploeg, waarvan Bruyneel de ploegleider werd: Team RadioShack. De ploeg won in 2010 het ploegenklassement in de Tour. Tijdens de laatste etappe reed de ploeg in alternatieve outfits om aandacht te vragen voor de vele kankerpatiënten in de wereld. Dit is tegen de regels van de UCI en de renners moesten zich na enkele kilometers aan de kant van de weg omkleden. Bruyneel reageerde via Twitter: "Het is nu officieel: je hebt geen hersenen nodig om koerscommissaris te zijn. Je moet alleen de regels kennen. Hun motto: C'est le reglement!" Op 29 oktober 2010 legde de UCI Bruyneel een schorsing op vanwege het rijden met niet-reglementaire shirts en vanwege de belediging via Twitter. Bruyneel werd geschorst van 1 februari tot en met 31 maart 2011.^[1]

Na het uitbrengen door het Amerikaanse antidopingagentschap USADA van een lijvig rapport met dopingbeschuldigingen aan het adres van Lance Armstrong en een aantal van zijn voormalige ploegmaats, waarin ook Johan Bruyneel van onregelmatigheden wordt beschuldigd, werd de samenwerking tussen de ploeg RadioShack-Nissan-Trek en Bruyneel in onderling overleg beëindigd op 12 oktober 2012.^[2][3]

In de nasleep van het grootschalige onderzoek naar het dopinggebruik bij het US Postal Service team, legde het Amerikaanse antidopingagentschap USADA Bruyneel op 10 april 2014 een schorsing op van tien jaar. Gedurende deze periode mag Bruyneel geen functie uitoefenen in de sportwereld.^[4] Op 24 oktober 2018 werd deze schorsing omgezet in levenslang.^[5]