2016 wechselte Vandoorne zu Dandelion Racing in die Super Formula nach Japan. Das Engagement kam mit Unterstützung von McLarens-Motorenpartner Honda, die ebenfalls Dandelion ausrüsten, zustande. Er gewann in Mimasaka und Suzuka. Als bester Honda-Fahrer beendete er die Saison auf dem vierten Meisterschaftsplatz. Darüber hinaus war Vandoorne in der Formel-1-Weltmeisterschaft 2016 Ersatzfahrer bei McLaren. In dieser Funktion gab er beim Großen Preis von Bahrain anstelle des verletzten Stammpiloten Fernando Alonso sein Debüt in der Formel 1. Dabei erreicht er mit dem zehnten Platz auf Anhieb einen Punkt.