Con los números y triunfos conseguidos, su salto a la Fórmula 1 era inevitable e inmediato. Solo necesitaba esperar y atrapar su oportunidad. Y la ocasión le llegó en el Gran Premio de Estados Unidos de 2007, cuando sustituyó a Robert Kubica en el segundo F1.07 ya que el polaco no estaba recuperado de su accidente de Canadá. En su primera aparición como piloto oficial, Vettel finalizó la prueba de Indianápolis en la octava posición, convirtiéndose en el piloto más joven en puntuar en la F1.
Para la próxima carrera y tras las desavenencias y fin de contrato entre la escudería Toro Rosso y su piloto Scott Speed, el joven alemán fue confirmado como piloto del equipo de Faenza para el resto de 2007 y todo 2008. Vettel finalizó el año de su debut en la F1 compitiendo en la Carrera de Campeones y haciendo pareja con Michael Schumacher, con quién ganó la Copa de Naciones para Alemania.
Piloto de Toro Rosso
La temporada siguiente sería el año de su consagración entre los grandes de la Fórmula 1. A pesar de iniciar 2008 con cuatro abandonos consecutivos, en Mónaco finalizó en la quinta posición tras salir desde la 19ª y consiguiendo así sus primeros puntos del año. Semanas después y con la celebración del Gran Premio de Gran Bretaña, los rumores sobre la retirada de David Coulthard de la Fórmula 1, por entonces piloto de Red Bull, fueron una constante. Las mismas especulaciones que despedían al escocés, situaban al joven alemán como candidato perfecto a ocupar el asiento vacío de la escudería austríaca. Y así fue. En la prueba de Alemania se confirmó que Vettel se convertiría en compañero de equipo de Mark Webber en el equipo capitaneado por Christian Horner y Adrian Newey. No obstante, el mejor Vettel estaba aún por llegar.
En un llovioso Gran Premio de Italia, el alemán hizo historia convirtiéndose en el piloto más joven en conseguir una pole position y ganar una carrera. El sábado de clasificación, los máximos aspirantes a la primera posición cayeron en la Q1 y con un registro de 1:37.555, el de Heppenheim logró la primera pole de su vida como piloto de F1. Ya en la carrera, una buena estrategia llevada a cabo por Toro Rosso y el efectivo pilotaje de Vettel le dieron su primera victoria en la máxima competición.
Victoria de Vettel en el Gran Premio de Italia 2008
Tras la retirada de Schumacher, los himnos alemanes e italianos volvieron a sonar en Monza y Vettel enseñaba por primera vez al mundo su famoso dedo, tan presente en sus actuales celebraciones.La temporada finalizó con la cuarta posición en Interlagos tras adelantar al que iba a ser campeón del mundo, Lewis Hamilton.
La temporada 2009 empezó con el dominio de Brawn GP y sus pilotos, Jenson Button y Rubens Barrichello. En China, tercera cita del año, Vettel marcó la pole, primera en la historia de Red Bull Racing, y al día siguiente consolidó su actuación llevándose la victoria bajo la lluvia de Shanghái. Tras el triunfo de China, el alemán subió a lo más alto del podio en tres ocasiones más, Gran Bretaña, Japón y Abu Dhabi. Peleando carrera tras carrera con Button, finalmente fue el británico quién se llevó la corona mundial y Vettel se proclamó subcampeón, el más joven de la historia de la competición.
