Debütálás tesztpilótaként a BMW Saubernél - 2006

A 2006-os Török Nagydíj pénteki szabadedzésén, a BMW Sauber tesztpilótájaként debütált a Formula–1-ben, miután elődje, Robert Kubica az isztambuli futamon állandó versenyzőként indulhatott. Az edzés legjobb idejét is ő tudhatta magáénak, méghozzá úgy, hogy ő volt a legfiatalabb pilóta, aki eddig Formula–1-es hétvégeken részt vett. Szintén ezen a tesztnapon, első köre megkezdése előtt, karrierje kilencedik másodpercében megbüntették, ugyanis a megengedettnél gyorsabban hajtott a boxutcából kifelé. A soron következő, Olasz Nagydíj tesztnapján szintén az első helyen végzett. A szezon hátralévő futamai előtt megrendezett szabadedzéseken is a BMW tesztpilótájaként róhatta a köröket.

Versenyzés a Toro Rossónál - 2007

A szezon első két futama előtti szabadedzéseket tesztpilótaként töltötte, majd nyár elején, Kubicának a Kanadai Nagydíjon történt súlyos balesete miatt – mivel őt nem engedték részt venni az egy héttel később rendezett Amerikai Nagydíjon – a BMW Sauber vezetősége a fiatal német pilóta mellett tette le voksát, hogy helyettesítse Kubicát. A versenyt a hetedik helyről kezdhette meg, és rögtön felállított egy F1-es rekordot első versenyén. Milvel 8.-ként ért célbe 19 évesen és 349 naposan, ő lett a száguldó cirkusz legfiatalabb pontszerzője. Sebastian Vettel 2007. július 31-én leszerződött a Toro Rosso csapathoz, s az eltanácsolt Scott Speed helyett indulhatott a Magyar Nagydíjon, és a 16. pozícióban végzett. A verseny után csapata bejelentette, hogy a következő szezont is a Toro Rossónál fogja tölteni. A legemlékezetesebbet a Japán GP-n mutatta, ahol szakadó esőben dobogós helyen hajtott, amikor az utolsó körökben egy versenybaleset miatt kiállni kényszerült. A következő, Kínai Nagydíjon élete legjobb eredményér érte el, negyedik lett. A világbajnokságon – hat ponttal – a tizennegyedik helyen végzett.

Első futamgyőzelme a Toro Rossóval - 2008

Az idénynyitón rajtbaleset áldozata lett, Malajziában motorhiba miatt esett ki. A Bahreini-és a Spanyol Nagydíjon, akárcsak az első futamon, nem jutott túl az első körön. Mindkét ütközésben vétlen volt. Az első négy futamon kiesett, a Török Nagydíjat sikerült befejeznie, de csak az utolsó, tizenhetedik helyen, körhátrányban. Az esős Monacói Nagydíjon nagyszerű versenyzéssel, az utolsó helyről indulva ötödikként végzett, megszerezve ezzel első 2008-as pontjait.

A sok biztonsági autós szakasz miatt kaotikus Kanadai Nagydíjon a boxból rajtolva a nyolcadik helyen ért célba, utolsó pontszerzőként. Franciaországban 12.-ként indult és ért is célba. A Brit Nagydíj időmérőjén a 8. helyet érte el. A versenyen esett, de nem tudott Monacóhoz hasonló teljesítményt produkálni, mert már az első körben kiesett a Coultharddal való ütközés miatt.

2008. július 17-én bejelentették a Német Nagydíjon, hogy Vettel 2009-ben a Red Bull Racinggel versenyez majd.A versenyen a 9. helyről rajtolt, végig pontszerző helyen vagy ahhoz közel haladt, és végül a 8. lett.

A Magyar Nagydíjon a 11. helyről rajtolt, majd autója túlmelegedett, és feladni kényszerült a küzdelmet.

Az Európai Nagydíj időmérő edzésének második etapjában szenzációs kört futott, 1:37.842-es ideje a hétvége legjobb ideje volt. Az időmérő harmadik szakaszában már nem sikerült megismételnie ezt, de így is a hatodik helyre kvalifikálta magát, és itt is ért célba. A Belga Nagydíjon a 10. helyről rajtolva egy nem túl sikeres rajttal visszaesett a 12. helyre, majd jó és eredményes taktikával egészen az 5. helyig jutott.

Az Olasz Nagydíj időmérő edzésén hatalmas eső fogadta a mezőnyt, ahol Vettel megszerezte élete első Formula–1-es pole pozícióját. Ezzel ő lett a sportág történetének legfiatalabb pole pozíciót elérő versenyzője. A futamon a mezőny a Safety Car mögül rajtolt el, és a biztonsági autó a második kör végéig kinn is maradt. Amikor végre elindultak, Vettel megtartotta első helyét, és Kovalainennel szemben növelni is tudta előnyét. A versenyt végül – végig vezetve – több mint 10 másodperces előnnyel nyerte, ezzel a Formula–1 történetének legfiatalabb futamgyőztese lett, 21 évesen és 74 naposan. A világbajnoki pontversenyben győzelmével feljött a 12.-ről a 9. helyre.

Az első éjszakai futamon, Szingapúrban Vettel a 7. legjobb időt autózta, de az előtte végző Nick Heidfeldet megbüntették, így végül a 6. helyről várhatta a futamot. A rajtnál rögtön egy helyet javított. A verseny során kétszer is pályára küldték a biztonsági autót, de Vettel és a csapat a káoszban is megőrizték hidegvérüket. A boxkiállások után a 7. helyig csúszott vissza, de először Trulli, majd Räikkönen is kiállni kényszerült előle, így végül az 5. helyen ért célba, értékes pontokat szerezve ezzel.

A Japán Nagydíj pénteki szabadedzésén kisebb hidraulikus problémákkal küszködött a csapat. A szombati időmérő edzésen a 9. rajthelyet sikerült megszereznie, mögüle csapattársa, Sébastien Bourdais indult. A versenyen a 7. helyen ért célba, Bourdais mögött, megelőzve a boxutca-áthajtásos büntetést kapott Felipe Massát. Bourdais azonban a verseny után 25 másodperces időbüntetést kapott, mellyel Vettel 1 helyet előrelépett, így a világbajnokságban megtartotta 8. helyét.

A Kínai Nagydíj időmérő edzésén a 8. helyet szerezte meg, ám Nick Heidfeld-et megbüntették, Coulthard feltartása miatt három pozíciós rajtbüntetést kapott, Mark Webbert pedig motorcsere miatt 10 rajthellyel hátrébb sorolták, így Vettel 2 helyet előrébb ugorva a hatodik helyről rajtolhatott. A rajtnál egy helyet veszített, eközben Sebastien Bourdais összeütközött Trullival, aki emiatt feladni kényszerült a versenyt. Így szinte biztossá vált, hogy az összetett pontversenyben Sebastian növelni tudja előnyét Trullival szemben. Ám az első boxkiállás rosszul sikerült, így értékes pozíciókat veszített. A versenyt végül a 9. helyen fejezte be, így Trullihoz hasonlóan neki sem sikerült pontokat szereznie, így maradt a pontegyenlőség a két pilóta között.

A szezonzáró Brazil Nagydíj időmérő edzésén a 7. helyet szerezte meg. Közvetlen riválisa a vb pontversenyben, Jarno Trulli eközben a 2. helyre kvalifikálta magát. Vasárnap, a rajt előtt pár perccel zuhogni kezdett az eső, így a verseny kezdetét 10 perccel elhalasztották. Vettel a vizes pályán jól rajtolt, megelőzte Alonsót és Kovalainent is, aki Hamiltont probálta hátulról védeni. Az első boxkiállások után Vettel egészen a második helyig jött föl, és tartani is tudta a lépést az élen haladó Massával. Vettel viszont eggyel több kiállásos taktikán volt, így a verseny vége felé az 5. helyen, Hamilton mögött autózott, amikor az eső ismét eleredt. A versenyzők kijöttek a boxba esőgumikért, kivéve Timo Glockot. Így a kiállások után Vettel a 6. helyen haladt, és látványosan gyorsabb volt az előtte haladó Hamiltonnál. Két körrel a verseny leintése előtt meg is előzte, elvéve tőle a világbajnoki címet jelentő ötödik helyet. Hamilton képtelen volt visszaelőzni Vettelt. Eközben a száraz pályára alkalmas gumikkal versenyző Glock egyre nehezebben tudta irányítani autóját, így Vettelék az utolsó kör utolsó kanyarjában utolérték őt és meg is előzték. Vettel ezzel a negyedik helyet szerezte meg és nyolcadik lett az egyéni pontversenyben, míg Hamilton megszerezte a világbajnoki címet érő ötödik helyet.

Red Bull Racing - 2009

Vettel 2009-re a Red Bull Racing-hez igazolt, ahol a pályafutását befejező David Coulthard helyét töltötte be, csapattársa pedig Mark Webber lett. Az RB5 kódnevet viselő autó meglehetősen jól sikerült, de ennek ellenére Sebastiannak az első két versenyt nem sikerült befejeznie.

Az Ausztrál Nagydíjon az utolsó körökben összeütközött Robert Kubicával, majd a falnak csapta autóját, ettől kiszakadt a bal első kerék. Ekkor pályára küldték a biztonsági autót. Sebastian úgy gondolta, hogy így talán teljesíteni tudja a hátra lévő néhány kört, azonban mivel 3 keréken igen lassú volt, ezért inkább feladta a futamot. A Kubicával való ütközése miatt pedig a következő versenyre 10 helyes rajtbüntetéssel sújtották.

A rajtbüntetés miatt nem túl nagy reményekkel utazott a Maláj Nagydíjra. A futam közben leszakadt az ég, így Sebastian esélyei a pontszerzésre megnőttek. Az eső egyre jobban esett, autóján pedig intermediate gumik voltak. Az egyik kanyarban annyi víz gyűlt össze, amennyit a kopott gumik már nem bírtak kiszorítani, így autója felúszott, és megpördült, majd a lefulladást gátló automatika nem lépett működésbe, és autója lefulladt.

A Kínai Nagydíjon ismét eső fogadta a mezőnyt. Itt Vettel végig magabiztosan vezette a versenyt, és rajt cél győzelmet aratott. Ezzel megszerezte csapata első győzelmét, ami ráadásul egyből kettős győzelem lett, ugyanis csapattársa, Mark Webber a második helyen ért célba.

A Bahreini és Spanyol Nagydíjon is esélye volt a győzelemért harcolni, ám mindkét alkalommal beragadt Felipe Massa mögé, aki a rajtnál a KERS-nek köszönhetően meg tudta előzni őt. A Spanyol Nagydíj érdekessége volt, hogy néhány körrel a vége előtt Massával közölték, hogy amennyiben nem vesz vissza, nem lesz elég üzemanyaga a verseny végéig. Így kénytelen volt elengedni Sebastiant, aki ezek után az utolsó néhány körben körönként 2 másodperccel futott jobb köröket, mint bárki a mezőnyben.

Monacói Nagydíjra nem utaztak nagy reményekkel, a csapatfőnök, Christian Horner szerint sem feküdt a pálya az RB5-ös konstrukciónak, és ezen az sem segít, hogy a gyárból megkapták a dupla diffúzort. Sebastian a lágyabb keverékű gumikkal rajtolt, amik azonban nem bírták sokáig, és ketten is megelőzték. A boxkiállása után néhány körrel elfékezte magát a Sainte Devote kanyarban, és falnak csapta a versenygépét.

Május 31-én Sebastian Olaszországban egy díjátadó ünnepség keretein belül átvehette a Lorenzo Bandini trófeát, amit még a 2008-as Olasz Nagydíj-on nyújtott teljesítményéért kapott.

A Török Nagydíjon pole pozícióból vágott neki a futamnak. Bár az első kanyarban elsőként fordult, ezután hibázott és Button megelőzte. A 3 kiállásos taktikát folytatva a 2. helyért harcolt még az utolsó 5 körben is, amikor a csapat lassításra intette, így a 3. helyen fejezte be a versenyt.

A Brit Nagydíjtól kezdve megváltoztak az erőviszonyok a Red Bull és Brawn GP között, Vettelé lett a pole Barrichello és Webber előtt. A rajt után vezetését megtartva gyorsan növelte előnyét, míg csapattársa a Brawnt megelőzve a második helyre jött fel, így a Red Bull második kettős győzelmét aratta. A pontversenyt vezető Button csak a 6. lett és az elkövetkező versenyeken is csak a pontszerző helyek végén ért célba.

A Német Nagydíjon Mark Webber a pole-ból indulva, áthajtásos büntetésének ellenére is győzött, míg Vettel a 4. helyről indulva második lett. Az első két helyen végző Red Bullok mögött Button és Barrichello csak az 5. és 6. helyen ért célba.

A Hungaroringen a német a 2. helyről indult, de felfüggesztési hiba miatt kiesett, míg Webber harmadik lett.

A Valenciában az első boxkiállásoknál a tankolócső hibája miatt még egyszer ki kellett állnia üzemanyagért, így az 5. pozícióból a 15.-re esett vissza, majd a szombati szabadedzéshez hasonlóan ismét elfüstölt a Renault-motor autójában.

A Belgiumban csak a 8. helyről indult, de a verseny végére a harmadik helyre ért fel, míg riválisai közül csak Barrichello szerzett pontot (7. hellyel).

Az Olasz Nagydíjon egyik Red Bull sem tudott jól szerepelni: Vettel a 9. helyről indult csapattársa előtt, majd a futamon az utolsó pontszerző 8. helyen ért célba, miután Hamilton hibázott az utolsó körben. A Brawn GP hosszú idő után ismét kettős győzelmet aratott Barrichello-Button sorrendben.

A Szingapúri Nagydíjon a második helyről indulva jó esélye volt a futamgyőzelemre, de a rajtnál Nico Rosberg megelőzte, majd a boxutca-áthajtásos büntetést kapott, mivel egyik kiállásánál túllépte a maximális boxutcai sebességet. Vettel így a dobogóra sem tudott felállni, 4. lett. Csapattársa, aki 4. versenye óta nem szerzett pontot, elveszítette esélyét a világbajnoki címre.

Jyapánban Vettel az élről indulva magabiztosan győzött, matematikai esélyét megtartva a világbajnoki címre: hátránát 25 pontról 16-ra csökkentette a pontversenyt vezető Buttonnal szemben.

A Brazil Nagydíj Sebastian számára nem kezdődött jól, ugyanis az esős időmérőn csak a 16. helyen végzett. A futamon a 15. helyről indulhatott, ugyanis az előle induló Liuzzi váltócsere miatt 5 rajthelyes büntetést kapott. A versenyen szenzációs vezetéssel, és jó boxstratégiával egészen a 4. helyig jutott. Világbajnok ugyan már nem lehet, de ezzel a negyedik hellyel előrelépett a VB pontverseny második helyére.

Az első Abu Dhabi Nagydíj időmérő edzésén Sebastian a második helyet szerezte meg, míg legfőbb riválisa, Rubens Barichello csak a negyedik helyet. A versenyen a rajt jól sikerült, és bár az élről induló Hamilton-t nem sikerült megelőznie, tartani tudta vele a lépést. Az első boxkiállás alkalmával sikerült is megelőznie, és innentől kezdve végig vezette a versenyt. Így a VB pontversenyben megszerezte a második helyet.