Nachdem er keine weiteren Rennen mehr für McLaren absolviert hatte, wurde Villeneuve von der Scuderia Ferrari für die letzten beiden Rennen der Saison 1977 für ein drittes Fahrzeug sowie die Automobil-Weltmeisterschaft 1978 unter Vertrag genommen. Enzo Ferrari war von Villeneuve, der ihn an Tazio Nuvolari erinnerte, beeindruckt. Nachdem Niki Lauda, der bereits als Weltmeister feststand, das Team nach Differenzen mit Enzo Ferrari verlassen hatte, erhielt Villeneuve dessen Cockpit und wurde Teamkollege von Carlos Reutemann. Villeneuve qualifizierte sich für den 17. Platz. In der Schlussphase des Rennens drehte er sich auf der Ölspur von Mario Andretti in der "Moss Corner". Beim Beschleunigen des Wagens riss an seinem Ferrari die Gelenkwelle ab und er schied aus, wurde jedoch als Zwölfter gewertet. Beim letzten Saisonrennen, dem Großen Preis von Japan, ging Villeneuve vom 20. Platz ins Rennen. In der sechsten Runde begann er auf der Start-Ziel-Geraden einen Überholversuch gegen Tyrrell-Fahrer Ronnie Peterson. Dabei verbremste sich Villeneuve und kollidierte mit Petersons Tyrrell P34. Infolge des Zusammenstoßes wurde Villeneuves Ferrari ausgehoben und zerbrach hinter der Leitplanke in zwei Teile. Während Villeneuve den Unfall unverletzt überstand, wurden ein Fotograf und ein Sportwart getötet und sieben Zuschauer, die verbotenerweise in diesem Bereich standen, schwer verletzt. Villeneuve gab zur Unfallursache an, dass an seinem Ferrari die Bremsen versagt hätten.