Nach dem schweren Unfall von Felipe Massa am 26. Juli 2009 beim Großen Preis von Ungarn auf dem Hungaroring und der Absage von Michael Schumacher wurde Badoer am 11. August von der Scuderia Ferrari als Ersatzfahrer für den Großen Preis von Europa auf dem Valencia Street Circuit nominiert. Er kehrte somit nach fast zehn Jahren ohne Renneinsatz als aktiver Pilot in die Formel 1 zurück. Außerdem wurde er der erste italienische Ferrari-Pilot seit 15 Jahren. Beim Freitagtraining sorgte er für einen ungewöhnlichen Rekord, als er viermal zu schnell in der Boxengasse fuhr. Im Rennen wurde er in der Boxengasse vom Formel-1-Neuling Romain Grosjean überholt, bevor er das Rennen als Vorletzter beendete. Beim Großen Preis von Belgien in Spa-Francorchamps, den sein Teamkollege Kimi Räikkönen gewinnen konnte, wurde er Letzter. Der Italiener blieb das gesamte Rennen chancenlos am Ende des Feldes, aber erzielte mit Hilfe eines flach eingestellten Frontflügels mehrfach die Bestzeit im ersten Sektor. Badoer litt unter dem damaligen Testreglement, das Testfahren während der Saison verbot, und er somit keine Rennpraxis hatte. Wegen der enttäuschenden Leistungen wurde er nach diesen zwei Rennen durch seinen Landsmann Giancarlo Fisichella ersetzt, der jedoch auch nicht erfolgreicher war. Nach dem Ende der Saison 2010 endete nach 13 Jahren Badoers Zeit als Testpilot bei Ferrari.