C'est en 2004 que le jeune Mexicain Sergio Pérez fait ses débuts dans le sport automobile, en participant au championnat américain Barber Pro Series. Agé de quinze ans, il est alors soutenu par le géant mexicain des télécommunications, la société Telmex du milliardaire Carlos Slim, qui le soutiendra tout au long du début de sa carrière.

Onzième lors de sa première saison, il poursuit sa carrière en Europe en 2005 dans le championnat allemand de Formule BMW. Quatorzième lors de sa première année avec l'équipe Rosberg, il progresse en 2006 chez Mücke Motorsport, terminant sixième. A la fin de la saison, il représente brièvement le Mexique lors de deux courses d'A1 GP.

En 2007, bien qu'il n'ait pas fait preuve d'un talent époustouflant, il participe au championnat de Formule 3 britannique au sein de l'écurie T-Sport, grâce au soutien de Telmex. Il ne concourt cependant pas pour le même championnat que les cadors de la discipline, mais pour une seconde division, la « National Class ». Il devient rapidement le meilleur pilote de cette catégorie, remportant quatorze victoires (premier de sa catégorie à l'arrivée) en vingt-deux manches et devient ainsi champion.

En 2008, il est tout naturellement promu en première catégorie, toujours pour T-Sport. Confirmant ses progrès, il remporte quatre succès et se bat pour le titre. Il doit cependant s'incliner devant le trio de l'équipe Carlin composé de Jaime Alguersuari, Oliver Turvey et Brendon Hartley.

En 2009, il franchit une étape supplémentaire et arrive en GP2. Il dispute d'abord pour Campos le championnat asiatique au cours de l'hiver. Il remporte deux courses à Bahreïn puis au Qatar et termine septième de cette compétition mineure, juste derrière son coéquipier Vitaly Petrov. Puis, lors de la saison régulière, il intègre l'écurie néerlandaise Arden, où il cohabite avec l'Italien Edoardo Mortara. Cette première saison dans ce championnat relevé est assez laborieuse. Il est peu souvent dans les points au début de l'année, puis prend de l'assurance et obtient deux excellents podiums lors des deux manches de Valence. Il termine finalement douzième du championnat.

En 2010, il a la chance de rejoindre Barwa Addax, l'écurie championne en titre avec l'Allemand Nico Hülkenberg, et y retrouve le Néerlandais Giedo van der Garde. Après un hiver de GP2 Asia assez terne, il aborde le championnat 2010 avec de grandes ambitions et ne sera pas déçu. Certes, il ne pourra jamais menacer la suprématie de Pastor Maldonado, intouchable cette année-là. Mais il remporte une victoire probante dans les rues de Monaco, puis triomphe encore à Silverstone, Hockenheim, Spa et Abou Dhabi. Autant de victoires qui lui permettent de terminer vice-champion, avec un écart très conséquent sur le troisième, le Français Jules Bianchi. Quant à Giedo van der Garde, il termine avec presque deux fois moins de points que son coéquipier.

Après cette belle saison, l'objectif de Sergio est bien évidemment de rejoindre la Formule 1. Or, le soutien de Telmex est un atout de poids sur le marché des transferts. Son talent de pilote et sa valise de billets attirent ainsi l'attention de Peter Sauber, dont l'équipe peine à subsister depuis le départ de BMW fin 2009. L'affaire est conclue en septembre 2010, en échange d'un soutien financier conséquent de Carlos Slim. A 21 ans, il devient ainsi le premier pilote mexicain à piloter en Formule 1 depuis Hector Rebaque, en 1981.

En F1 avec Sauber

Sergio fait ses débuts en fanfare : dès l'ouverture du championnat en Australie, il termine septième, mais ce beau résultat est aussitôt annulé par la disqualification des Sauber pour ailerons non conformes. Les courses suivantes sont un peu plus délicates, mais il parvient à marquer ses deux premiers points en terminant neuvième en Espagne. Malheureusement, il est victime d'un accident sérieux à Monaco. Lors des qualifications, il perd le contrôle de sa voiture sous le tunnel, puis s'écrase contre les barrières de sécurité, exactement comme Karl Wendlinger en 1994. Il s'en tire toutefois avec plus de chance que l'Autrichien et souffre seulement d'une commotion cérébrale et d'une entorse de la cuisse. Il doit renoncer au Grand Prix ainsi qu'à la manche canadienne, deux semaines plus tard, car il souffre encore de maux de tête. Cet incident n'entame toutefois pas son talent, et à Silverstone, il termine brillamment septième, récupérant ainsi les six points confisqués par la FIA en Australie. Il commence également à prendre le pas sur Kobayashi. Il marque à nouveau des points au Japon et en Inde, et termine cette première saison à la seizième place.

Reconduit pour 2012, son avenir ne se limite plus à l'écurie Sauber. Membre de la Ferrari Driver Academy, il a effectué un premier essai sur une F60 de 2009. Son objectif semble donc être de remplacer à terme Felipe Massa au sein de la Scuderia. La première course en Australie illustre bien la saison du Mexicain. Parti vingt-deuxième à cause d'un problème technique, il a commencé la course avec des pneus durs, puis a chaussé des pneus tendres tardivement, ce qui lui a permis d'effectuer une très belle fin de course et de marquer des points en terminant huitième. Il se révèle véritablement lors de l'épreuve suivante, en Malaisie. Sous une pluie battante, il remonte dans le peloton jusqu'à prendre la tête de la course pendant quelques tours. Un arrêt aux stands l'oblige à céder la tête à Fernando Alonso, mais il le menace jusqu'au bout. Sans une petite erreur, il aurait peut-être même pu gagner la course. Quoi qu'il en soit, il signe là le meilleur résultat de l'histoire de l'écurie suisse. Cependant, sa saison est irrégulière, en raison d'une Sauber qui se montre inexplicablement peu performante sur certains tracés. Mais le jeune Mexicain est encore parfois dominé par Kobayashi. Sa force réside dans ses coups d'éclat extraordinaires. Au Canada, il profite de l'état optimal de ses pneus pour réaliser une superbe fin de course et décrocher la troisième place. Il fait encore mieux à Monza, où, grâce à un changement de pneus tardif, il dépasse les deux Ferrari d'Alonso et Massa dans les derniers tours et termine deuxième, derrière la McLaren de Lewis Hamilton. Il termine la saison 2012 de manière très irrégulière. Beaucoup pensent que Sergio a pris la grosse tête... Il n'inscrit en effet pas un seul point lors des six dernières courses et termine la saison à la dixième place du championnat. Mais ses trois podiums font de lui l'attraction du marché des transferts et tout le monde pense qu'il va rejoindre Maranello en 2013. Début septembre, toutefois, Luca di Montezemolo déclare que le Mexicain est « trop jeune » pour intégrer une grande équipe. Cependant, le patron de McLaren, Martin Whitmarsh, n'est pas de cet avis et cherche un jeune pilote rapide pour épauler Jenson Button. L'affaire est rapidement conclue et Sergio signe donc avec McLaren, emmenant avec lui ses généreux sponsors.

McLaren

Sergio intègre donc une grande équipe qui mise beaucoup sur sa pointe de vitesse et sa bonne maîtrise des pneus Pirelli pour se mêler à la lutte pour le titre dès 2013. Malheureusement, dès le début des essais de pré-saison, McLaren se rend compte que sa nouvelle monoplace, bien qu'ambitieuse sur le plan technique, n'est pas au niveau de la concurrence. En Australie, il se qualifie à la quinzième place et termine onzième, hors des points. En Malaisie, où il s'était fait remarquer en 2012, il s'élance et termine neuvième. Après une onzième place en Chine, il mène une excellente course à Bahreïn, notamment émaillée de luttes viriles avec son coéquipier champion du monde, et termine à une belle sixième place. Il enchaîne par une neuvième place en Espagne. A Monaco, il réalise sa meilleure qualification de la saison en se classant septième. Pendant la course, il se montre agressif et impatient, ce qui lui permet de dépasser coup sur coup son coéquipier puis Alonso. Sixième à huit tours de l'arrivée, il tente de dépasser Räikkönen, mais se montre trop optimiste et l'accroche à la chicane. Ayant endommagé sa McLaren, il abandonne trois tours plus tard. L'été du Mexicain est ensuite très médiocre. Si Button est très régulier, Sergio ne marque que très peu de points. En fin de saison, alors que sa place dans l'équipe est menacée, il se montre soudain plus compétitif. Il domine Button en qualifications et marque des points lors des quatre dernières courses. Il termine notamment cinquième en Inde et sixième au Brésil. Mais au final, il marque moins de points qu'en 2012 avec Sauber et se classe onzième du championnat. Au cours de la saison, des rumeurs circulent sur son arrogance et sa légèreté, qui auraient irrité le personnel de l'équipe. D'autres subodorent que le soutien financier de Telmex aurait été décevant. Mais, comme l'admet à demi-mot le directeur sportif Sam Michael, Sergio n'est pas jugé assez bon pour poursuivre l'aventure.

Force India

Fin 2013, après avoir côtoyé les sommets, Sergio se retrouve sans volant et sa carrière en Formule 1 est en péril. Heureusement pour lui, Carlos Slim ne lui retire pas son soutien et sa bonne fin de saison lui redonne un peu de crédit. Il est ainsi engagé par Force India, qui a réalisé une saison 2013 satisfaisante. La nouvelle équipe est bien née et il marque un point en Australie, malgré une mauvaise qualification. Il ne prend pas le départ en Malaisie à cause d'un problème de boîte, mais se rattrape dès la course suivante avec un magnifique podium à Bahreïn. Alors que son coéquipier, Hülkenberg, enchaîne les dix premières courses dans les points, Sergio abandonne à Monaco et surtout à Montréal, à cause d'une défense musclée qui l'envoie dans le mur avec Massa dans le dernier tour, alors qu'il pouvait marquer de gros points. A la mi-saison, il compte quarante points de moins qu'Hülkenberg, et son agressivité est de plus en plus critiquée. La deuxième moitié de la saison tourne néanmoins en sa faveur, puisqu'il marque plus régulièrement des points et réduit l'écart avec son coéquipier. Après un abandon en Hongrie à la suite d'un violent accident, il termine les cinq Grands Prix suivants dans les points. Il abandonne aux Etats-Unis après s'être accroché avec Adrian Sutil au premier tour, puis ne termine que quinzième au Brésil. Sa saison s'achève par une septième place à Abou Dhabi et une dixième place au championnat, juste derrière Hülkenberg.

En 2015, Sergio entame sa deuxième saison avec Force India, toujours aux côtés d'Hülkenberg. Le début de saison s'annonce complexe, l'équipe ayant pris du retard dans le développement de la VJM08. Lors de la première manche en Australie, il profite des nombreux abandons pour marquer le point de la dixième place. Les courses suivantes, en Malaisie et en Chine, s'avèrent difficiles, la voiture manquant d'appui aérodynamique, et il se classe respectivement treizième et onzième. Il parvient néanmoins à optimiser sa stratégie à Bahreïn pour franchir la ligne d'arrivée en huitième position. Le retour en Europe confirme les limites du matériel initial, Sergio terminant treizième en Espagne. Il réalise toutefois une performance notable à Monaco, où, parti septième, il conserve cette position jusqu'à l'arrivée, démontrant ainsi sa capacité à gérer les courses urbaines. Le tournant technique de sa saison intervient lors du Grand Prix de Grande-Bretagne, avec l'introduction très attendue de la version « B » de la VJM08. Bien qu'il termine neuvième à Silverstone, le potentiel de la nouvelle configuration se révèle pleinement après la pause estivale. En Belgique, il réalise un excellent départ depuis la quatrième place sur la grille et termine cinquième. Il enchaîne ensuite avec une sixième place en Italie, puis une septième place à Singapour. Le point culminant de sa saison survient lors du Grand Prix de Russie, à Sotchi. Il mise sur une stratégie audacieuse en changeant de pneus très tôt sous régime de voiture de sécurité. Il résiste longtemps avec des pneus usés, puis cède face aux Williams et aux Ferrari en fin de course. Cependant, un accrochage entre Bottas et Räikkönen dans le dernier tour lui permet de récupérer in extremis la troisième place. Il offre ainsi à son équipe le seul podium de la saison. La fin de la saison confirme sa dynamique positive. Aux Etats-Unis, sur une piste séchante, il termine cinquième. L'événement marquant de son automne est le retour du Grand Prix du Mexique au calendrier. Devant son public, il parvient à gérer la pression et termine huitième. Il conclut l'année par une cinquième place solide à Abou Dhabi. Au championnat, Sergio se hisse à la neuvième place, juste devant Hülkenberg, réalisant ainsi la meilleure saison de sa carrière.

Le début de la saison 2016 est difficile pour le pilote mexicain, qui ne marque aucun point lors des trois premières manches, victime d'une dégradation excessive des pneumatiques et d'incidents de course. Il marque ses premiers points en Russie, avec une neuvième place, puis bénéficie d'un package aérodynamique évolué en Espagne, ce qui lui permet de se classer septième. Sa saison prend une autre dimension lors du Grand Prix de Monaco. Dans des conditions climatiques changeantes et sur une piste séchante, il réalise une course sans faute et optimise sa stratégie en passant directement des pneus pluie aux pneus slicks, ce qui lui permet d'économiser un arrêt. Ce choix lui permet de monter sur la troisième marche du podium. Quelques semaines plus tard, lors du premier Grand Prix disputé dans les rues de Bakou, en Azerbaïdjan, il démontre à nouveau son aisance sur les tracés urbains. Il signe le deuxième temps des qualifications, mais doit s'élancer septième en raison d'une pénalité. En course, il remonte méthodiquement et dépasse la Ferrari de Räikkönen dans le dernier tour pour décrocher la troisième place et son deuxième podium de l'année. Durant la tournée européenne estivale et au début de l'automne, il fait preuve d'une grande régularité en enchaînant les entrées dans les points. Il se classe notamment sixième en Grande-Bretagne, cinquième en Belgique et huitième en Italie. À Singapour et en Malaisie, il poursuit sur sa lancée avec une huitième puis une sixième place, devançant souvent son coéquipier. La fin de saison confirme sa solidité, même si son Grand Prix national au Mexique se solde par une dixième place laborieuse. Au Brésil, sous une pluie battante et dans des conditions précaires, il réalise une prestation de premier plan et occupe longtemps la troisième place avant d'être dépassé par la Red Bull de Max Verstappen dans les derniers instants ; il termine quatrième. Il achève l'année par une huitième place à Abou Dhabi. Au classement final, Sergio se classe septième du championnat du monde.

En 2017, Sergio accueille un nouveau coéquipier : le jeune Français Esteban Ocon. Le Mexicain fait preuve d'une grande fiabilité dès le début du championnat, enchaînant les entrées dans les points. Il se classe septième en Australie, neuvième en Chine et septième à Bahreïn, confirmant ainsi la compétitivité de son équipe, quatrième force du plateau. De retour en Europe, il se classe sixième en Russie, puis réalise une performance remarquable lors du Grand Prix d'Espagne. Profitant des abandons des leaders, il franchit la ligne d'arrivée en quatrième position. Sa série de quinze arrivées consécutives dans les points prend fin à Monaco, où, après avoir été en contact avec Carlos Sainz puis avec Daniil Kvyat, il termine treizième. Cependant, c'est la dynamique interne avec Ocon qui devient le fil rouge de sa saison. Les tensions apparaissent au Grand Prix du Canada, lorsque Sergio, cinquième, refuse de laisser passer son coéquipier, plus rapide, permettant ainsi aux Ferrari de revenir sur eux. La situation s'envenime lors du Grand Prix d'Azerbaïdjan. Alors qu'elles évoluaient aux avant-postes dans une course chaotique propice à un podium, les deux Force India s'accrochent à la sortie du virage 2. Sergio subit des dégâts trop importants et doit abandonner, perdant ainsi une occasion majeure de décrocher un résultat probant. Il retrouve les points lors des trois courses suivantes. Mais la rivalité atteint son paroxysme en Belgique, où les deux pilotes se touchent à deux reprises, notamment dans la descente vers l'Eau Rouge, où le Mexicain tasse son coéquipier contre le mur, provoquant une crevaison sur sa propre voiture et un abandon. Cet incident contraint l'écurie à interdire toute lutte en piste entre ses pilotes, sous peine de sanctions. La fin de saison se déroule dans une atmosphère plus disciplinée et fructueuse. Sergio reprend sa marche en avant avec une solide cinquième place à Singapour, puis une sixième place en Malaisie. Lors de son Grand Prix national, au Mexique, il se qualifie neuvième et termine septième. Il conclut l'année par deux performances régulières au Brésil et à Abu Dhabi. Au classement final, Sergio réédite sa performance de l'année précédente en terminant septième du championnat. Il s'affirme comme le « meilleur des autres », étant le premier pilote classé derrière les intouchables Mercedes, Ferrari et Red Bull.

En 2018, Sergio entame sa cinquième saison avec Force India. L'année commence dans un climat d'incertitude financière pour l'équipe, ce qui affecte le développement de la VJM11. Les trois premières courses sont difficiles pour le Mexicain, qui termine hors des points et peine à tirer le meilleur parti d'une voiture en manque d'équilibre. Le premier coup d'éclat survient, comme souvent, en Azerbaïdjan. Dans une course chaotique, il survit aux incidents du premier tour, qui l'obligent à un arrêt précoce, remonte patiemment le peloton et profite des circonstances favorables en fin de course. Il dépasse la Ferrari de Sebastian Vettel pour décrocher la troisième place. Après une neuvième place en Espagne, il termine hors des points lors des deux courses suivantes et abandonne en France. Il revient dans les points en Autriche, maintenant son équipe dans la lutte pour la quatrième place du championnat, malgré un budget gelé. L'été marque un tournant majeur en dehors des pistes : le Mexicain engage une action en justice pour placer l'écurie sous administration judiciaire, une manœuvre stratégique visant à sauver les emplois et à permettre le rachat de l'équipe par le consortium de Lawrence Stroll. L'écurie poursuit le championnat sous le nom de Racing Point Force India, mais perd tous ses points. En Belgique, libérée de ses soucis financiers, l'équipe brille immédiatement. Sergio se qualifie quatrième sous la pluie et termine cinquième en course, offrant des points vitaux à la nouvelle entité. Cependant, les tensions avec son coéquipier Ocon resurgissent brutalement à Singapour. Dès le premier tour, Pérez tasse le Français contre le mur, provoquant son abandon, puis connaît une course difficile marquée par un accrochage avec Sergey Sirotkin et une pénalité. Il se ressaisit lors de la tournée finale, réalisant des performances solides. Il termine septième au Japon et huitième aux Etats-Unis. Au Mexique, son Grand Prix se solde par une déception avec un abandon dû à un problème de freins. Il termine la saison à la huitième place à Abou Dhabi et au championnat du monde.

Racing Point

Sergio commence la saison 2019 au sein de l'écurie désormais officiellement rebaptisée Racing Point. Il fait équipe avec le Canadien Lance Stroll, fils du nouveau propriétaire de l'écurie. Le début de championnat est mitigé pour le Mexicain, qui parvient toutefois à tirer le meilleur parti de sa voiture lors des premières manches. Il marque des points à Bahreïn, avec une dixième place, puis en Chine, où il se classe huitième. Il confirme son affinité particulière avec le circuit urbain de Bakou, en Azerbaïdjan, en se classant sixième, ce qui constitue son meilleur résultat de la première moitié de la saison. La suite de la campagne européenne s'apparente à une longue traversée du désert. Victime d'une voiture manquant cruellement d'appui aérodynamique et de développements inefficaces, il enchaîne une série inédite de huit courses sans marquer le moindre point, entre le Grand Prix d'Espagne et celui de Hongrie. Le redressement s'opère à la reprise de la saison, lors du Grand Prix de Belgique, grâce à l'introduction d'un nouveau package aérodynamique. Il retrouve la compétitivité et termine sixième. Cette performance marque le début d'une seconde moitié de saison très solide, au cours de laquelle il marque des points lors de presque toutes les courses restantes. Il se classe septième en Italie et en Russie. Au Japon, il termine dans le mur après un accrochage avec Pierre Gasly dans le dernier tour. Toutefois, une erreur du système de chronométrage ayant abaissé le drapeau à damier un tour plus tôt, il conserve miraculeusement la huitième place. La fin de saison confirme son retour en forme. Lors de son Grand Prix national, à Mexico, il réalise une gestion exemplaire des pneumatiques pour terminer septième, derrière les trois écuries de pointe. Il réalise une remontée notable aux Etats-Unis, partant de la voie des stands pour finir dixième. Il clôt l'année à Abou Dhabi par une manœuvre décisive sur Lando Norris dans le dernier tour, qui lui permet de conserver la septième place. Sergio termine dixième du championnat du monde, ayant largement dominé son coéquipier Lance Stroll, notamment dans l'exercice des qualifications (18 à 3).

Sergio entame ainsi sa deuxième saison avec Racing Point, au volant de la RP20. Cette monoplace, dont la conception s'inspire fortement de celle de la Mercedes, suscite la controverse, mais offre au pilote mexicain un matériel capable de viser régulièrement le podium. Le début de saison, retardé par la pandémie, voit Sergio marquer des points solides en Autriche et en Hongrie. Cependant, sa campagne subit un coup d'arrêt brutal avant le Grand Prix de Grande-Bretagne : testé positif au Covid-19, il est contraint de s'isoler et de manquer les deux épreuves disputées à Silverstone. Il effectue son retour lors du Grand Prix d'Espagne, qu'il termine à la cinquième place. Il fait ensuite preuve d'une régularité métronomique, terminant systématiquement dans les points, entre la quatrième et la septième place. Cette série de performances intervient dans un contexte personnel difficile, l'écurie lui ayant annoncé qu'il serait remplacé par Sebastian Vettel pour la saison suivante, ce qui le laisse sans volant pour 2021. Le Mexicain hausse encore son niveau de jeu en fin d'année. Lors du Grand Prix de Turquie, qui se déroule sur une piste glissante, il résiste aux assauts de Max Verstappen et de Charles Leclerc pour franchir la ligne d'arrivée en deuxième position. Le drame et la gloire se succèdent lors de la double confrontation à Bahreïn. Lors de la première course, alors qu'il occupe une troisième place confortable, son moteur explose à trois tours de l'arrivée, le privant d'un podium assuré. La revanche survient une semaine plus tard, lors du Grand Prix de Sakhir. Impliqué dans un accrochage avec Leclerc dès le quatrième virage, il se retrouve en dernière position. Il entame alors une remontée méthodique, dépassant ses concurrents un à un. Profitant d'une voiture de sécurité et d'une confusion majeure dans les stands de l'écurie Mercedes qui ruine la course de George Russell et Valtteri Bottas, il prend la tête de la course et remporte sa première victoire en Formule 1 après 190 départs, devenant ainsi le premier Mexicain à s'imposer depuis Pedro Rodríguez en 1970. Sa saison s'achève par un abandon pour problème moteur à Abou Dhabi. Malgré ses deux absences pour maladie et les pannes mécaniques, Sergio se classe quatrième du championnat du monde, signant son meilleur résultat en carrière. Ces performances convaincantes ont finalement incité l'écurie Red Bull à le recruter pour l'année suivante.

Red Bull

Il rejoint donc Red Bull pour la saison 2021 et intègre une structure qui lutte pour le titre mondial face à Mercedes. Il prend le volant de la RB16B aux côtés de Max Verstappen. Dès l'ouverture à Bahreïn, sa voiture s'éteint durant le tour de formation. Il parvient à la redémarrer, s'élance depuis la voie des stands et effectue une remontée jusqu'à la cinquième place. A Imola, il se qualifie en première ligne, mais commet plusieurs erreurs sur une piste humide, ce qui le relègue hors des points. La confirmation de son potentiel intervient à Bakou. Deuxième solide derrière son coéquipier durant la majeure partie de la course, il prend la tête après l'éclatement d'un pneu de Verstappen et résiste à Hamilton lors de la relance pour signer sa première victoire en Formule 1. En France, il applique une stratégie décalée qui lui permet de dépasser Bottas en fin de course et de monter sur la troisième marche du podium, jouant ainsi pleinement son rôle dans la lutte pour le championnat des constructeurs. Le milieu de saison s'avère plus laborieux, marqué par la malchance et des incidents. En Grande-Bretagne, un tête-à-queue lors des qualifications sprint compromet son week-end. En Hongrie, il est éliminé dès le premier virage, victime d'un carambolage initié par Bottas. La fin de la saison le voit retrouver une dynamique positive. En Turquie, il livre une défense musclée face à Hamilton sur une piste détrempée et termine troisième. Il réitère cette performance aux Etats-Unis, malgré la forte chaleur qui l'a privé de son système d'hydratation. Le moment fort de son automne se produit au Mexique, où il devient le premier pilote mexicain à monter sur le podium de son Grand Prix national en terminant troisième. Après un abandon dû à un accident en Arabie saoudite, il joue un rôle stratégique capital lors de la manche finale décisive à Abou Dhabi. Sa mission est de ralentir Hamilton pour permettre à Verstappen de le rejoindre. Il résiste avec acharnement au Britannique dans les virages sinueux du circuit, lui faisant perdre un temps précieux. Il abandonne à quelques tours de l'arrivée, sur ordre de son équipe, pour éviter une panne mécanique potentielle sous régime de voiture de sécurité. Sergio achève sa saison à la quatrième place du classement général, ayant contribué directement au titre mondial de son coéquipier.

Il poursuit avec Red Bull en 2022, une année marquée par une révolution technique avec le retour de l'effet de sol. Au volant de la RB18, il dispose d'une voiture compétitive capable de jouer le titre. Le début de championnat est contrasté : lors de la manche d'ouverture à Bahreïn, il abandonne dans le dernier tour en raison d'un problème de pompe à essence, alors qu'il se battait pour le podium. Il réagit immédiatement lors de la manche suivante, en Arabie saoudite, où il décroche la première pole position de sa carrière après 216 tentatives, un record en Formule 1. En course, une voiture de sécurité sortie au mauvais moment le prive de la victoire et il se contente de la quatrième place. Il enchaîne ensuite les podiums, terminant deuxième en Australie, en Émilie-Romagne et en Espagne, où il accepte les consignes d'équipe en faveur de son coéquipier Max Verstappen. Le moment fort de sa première moitié de saison survient lors du Grand Prix de Monaco. Dans des conditions météorologiques changeantes, passant de la pluie au sec, le Mexicain et son équipe ont exécuté une stratégie parfaite. Il prend la tête de la course et résiste à la pression de Carlos Sainz en fin de course pour remporter sa troisième victoire en carrière. Cette performance s'accompagne d'une prolongation de son contrat de deux ans. Il réalise une nouvelle fois une belle course à Bakou, terminant deuxième derrière Verstappen. Il connaît toutefois des abandons dus à des problèmes mécaniques au Canada, puis à la suite d'un accrochage en Autriche. Malgré ces contre-performances, il marque des points importants, notamment avec une deuxième place en Grande-Bretagne et en Belgique, ce qui contribue à l'avance de Red Bull au championnat des constructeurs. Il brille de nouveau sur un circuit urbain lors du Grand Prix de Singapour. Qualifié en première ligne, il prend le meilleur départ sur une piste détrempée et mène la course de bout en bout. Il parvient à creuser un écart suffisant sur Charles Leclerc pour conserver sa victoire, malgré une pénalité de cinq secondes infligée après l'arrivée pour une infraction commise sous régime de voiture de sécurité. Au Japon, sa deuxième place permet à son coéquipier de remporter son deuxième titre mondial. Il monte ensuite sur la troisième marche du podium lors de son Grand Prix national, au Mexique. La fin de saison est marquée par la lutte pour la deuxième place du championnat face à Charles Leclerc. Au Brésil, une tension interne éclate lorsque Verstappen refuse de lui rendre une position pour l'aider à marquer des points. Tout se joue lors de la finale à Abou Dhabi : sur une stratégie à deux arrêts, Sergio remonte fort en fin de course, mais échoue à dépasser Leclerc. Il termine troisième de la course et du championnat, son meilleur résultat en carrière.

En 2023, Sergio dispose de la RB19, une monoplace qui se révèle rapidement être l'une des plus dominatrices de l'histoire de la discipline. Il réalise un début de championnat très solide. Il termine deuxième à Bahreïn, derrière Verstappen, puis s'impose en Arabie saoudite après avoir signé la pole position. En Australie, contraint de partir depuis la voie des stands en raison de problèmes techniques, il parvient à se hisser à la cinquième place. Sa performance la plus aboutie survient lors du Grand Prix d'Azerbaïdjan à Bakou : il remporte la course sprint le samedi, puis le Grand Prix le dimanche. Il se retrouve alors à quelques points seulement de la tête du championnat et affirme ses ambitions mondiales. La dynamique s'inverse à Miami, où, parti en pole position, il est battu à la régulière par Verstappen, qui s'élançait pourtant depuis la neuvième place. Le véritable point de bascule négatif se produit à Monaco : Sergio accroche sa voiture dès la première phase des qualifications (Q1). Cet incident marque le début d'une série noire durant laquelle il échoue à atteindre la Q3 lors de cinq Grands Prix consécutifs. Contraint de réaliser des courses de rattrapage, il parvient toutefois à monter sur le podium en Autriche et en Hongrie, ainsi qu'à décrocher la deuxième place en Belgique, avant la pause estivale, grâce à la supériorité intrinsèque de sa voiture. La seconde partie de la saison est marquée par une irrégularité persistante. S'il assure le doublé pour Red Bull en Italie, il connaît un week-end cauchemardesque au Japon. Impliqué dans des incidents au départ, puis avec Kevin Magnussen, il abandonne, reprend la piste plusieurs tours plus tard uniquement pour purger une pénalité, avant d'abandonner définitivement. Au Qatar, il souffre à nouveau et accumule les pénalités pour non-respect des limites de piste. La tournée américaine est riche en émotions contrastées. Il termine quatrième aux Etats-Unis, puis, lors de son Grand Prix national à Mexico, porté par l'envie de triompher devant son public, il tente une manœuvre audacieuse par l'extérieur au premier virage et s'accroche avec la Ferrari de Charles Leclerc. Il doit alors abandonner immédiatement, provoquant une immense déception chez ses supporters. Au Brésil, il livre une bataille intense dans les derniers tours face à Fernando Alonso pour la troisième place, qu'il perd sur la ligne d'arrivée pour 53 millièmes de seconde. L'objectif principal est atteint lors du Grand Prix inaugural de Las Vegas. Bien qu'il ait perdu la deuxième place de la course dans le dernier tour face à Leclerc, sa troisième place lui a permis de sécuriser mathématiquement la deuxième place du championnat des pilotes. Il termine la saison à Abou Dhabi par une pénalité de cinq secondes pour un contact avec Lando Norris, ce qui le rétrograde de la deuxième à la quatrième place. Sergio termine vice-champion du monde, permettant à Red Bull de réaliser son premier doublé au classement des pilotes.

Sergio entame en 2024 sa quatrième saison au sein de l'écurie Red Bull Racing. Au volant de la RB20, une monoplace dotée de concepts aérodynamiques novateurs, il est chargé d'épauler Max Verstappen et de permettre à l'écurie de remporter le titre des constructeurs. Le début de championnat répond parfaitement aux attentes de son équipe. Le Mexicain a assuré le doublé à Bahreïn, puis en Arabie saoudite, en terminant deuxième. Après une cinquième place en Australie, il retrouve la deuxième marche du podium au Japon, puis termine troisième en Chine. Ces performances solides lui permettent de se hisser à la deuxième place du classement général, laissant présager une saison stable. La dynamique s'inverse brutalement à partir du Grand Prix d'Émilie-Romagne, où il est éliminé en Q2 et termine huitième. La situation s'aggrave à Monaco : éliminé dès la première phase des qualifications, il est victime d'un violent accrochage provoqué par Kevin Magnussen au départ, ce qui détruit sa monoplace. Malgré cette spirale négative, Red Bull annonce début juin la prolongation de son contrat pour deux saisons supplémentaires. Paradoxalement, cette annonce ne stabilise pas ses performances. Au Canada, il est éliminé en Q1 et abandonne en course après un accident qui endommage son aileron arrière. Le « cauchemar » des qualifications se poursuit durant l'été européen. En Grande-Bretagne, il sort de piste en Q1 et part dernier. En Hongrie, il endommage sa voiture lors des qualifications. Bien qu'il parvienne parfois à remonter en course, l'écart de performance avec son coéquipier devient abyssal. En Belgique, malgré un départ en première ligne dû à la pénalité de Verstappen, il recule en course et termine septième. Durant la pause estivale, alors que les rumeurs de remplacement sont insistantes, la direction de Red Bull décide de le maintenir dans son baquet pour le reste de l'année. Une lueur d'espoir apparaît lors du Grand Prix d'Azerbaïdjan à Bakou, son circuit fétiche. Sergio domine Verstappen tout le week-end et se bat pour la victoire, mais un accrochage spectaculaire avec Carlos Sainz dans l'avant-dernier tour provoque un double abandon alors qu'il était en position de monter sur le podium. La fin de saison tourne à la débâcle. Lors de son Grand Prix national, à Mexico, il vit le pire week-end de sa carrière : élimination en Q1 devant son public, pénalité pour faux départ, voiture endommagée et dernière place à l'arrivée. Les dernières manches confirment son incapacité à exploiter le potentiel de la voiture, puisqu'il termine régulièrement loin du top 5, tandis que son coéquipier lutte pour la victoire. Au Brésil, à Las Vegas et au Qatar, son manque de points devient critique. Cette carence de résultats a une conséquence directe : pour la première fois depuis 2021, Red Bull perd le championnat des constructeurs, se retrouvant à la troisième place derrière McLaren et Ferrari. Sergio clôt l'année sans aucune victoire, sans pole position et à une lointaine huitième place au classement des pilotes. Malgré une prolongation de son contrat signée en juin, il annonce mi-décembre qu'il quitte Red Bull, après avoir trouvé un accord avec l'équipe.