En septembre 2017, l'écurie Scuderia Toro Rosso annonce que Pierre Gasly remplace Daniil Kvyat en Formule 1 pour deux courses. Il choisit le , avec lequel il a remporté son titre de champion d'Europe de Formule Renault 2.0, comme numéro permanent. Qualifié en quinzième position de son premier Grand Prix, il termine la course quatorzième, à un tour du vainqueur Max Verstappen. Initialement titularisé pour deux Grands Prix (Malaisie et Japon), il est officialisé pour le reste de la saison le lorsque l'écurie règle son différend avec Daniil Kvyat. Il connaît un weekend difficile au Mexique, avec de nombreux problèmes techniques : le vendredi, il ne parvient pas à faire plus de dix tours en essais à cause d'une panne moteur qui provoque son recul de quinze places sur la grille de départ et le lendemain, il franchit la ligne d'arrivée treizième. Au Brésil, qualifié dix-septième, il part dernier à cause d'une pénalité pour avoir changé de moteur ; au terme de l'épreuve, il obtient son meilleur résultat de la saison grâce à une douzième place. Le , Toro Rosso confirme Gasly pour la saison 2018. Il finit vingt-et-unième du championnat du monde des pilotes, sans avoir marqué.