Nel 1982 rientrò all'Alfa Romeo, con cui ottenne i suoi migliori risultati di sempre in Formula 1. Dopo aver disputato la prima gara stagionale con la vettura dell'anno precedente, a partire dal Gran Premio del Brasile De Cesaris ebbe a disposizione, così come il suo compagno di squadra Giacomelli, una nuova vettura. Al Gran Premio degli Stati Uniti-Ovest il romano ottenne la sua prima pole position in carriera e riuscì anche a guidare la gara per la parte iniziale, prima di essere superato da Niki Lauda. Il pilota stava comunque occupando la seconda posizione fino a quando un guasto alle pinze dei freni comportò la sua uscita di pista e il ritiro. Ebbe comunque occasione di cogliere un podio a Monaco, corsa che avrebbe potuto vincere, se non fosse rimasto senza benzina a un giro dal termine. Due settimane dopo, al Gran Premio degli Stati Uniti-Est piazzò la sua vettura in prima fila, ma riservò critiche piuttosto severe al circuito e agli organizzatori. La sua corsa, però, terminò già al secondo giro per problemi alla trasmissione. Un calo di prestazioni non permise a De Cesaris di ottenere altri piazzamenti e la stessa Alfa Romeo ipotizzò il proprio ritiro al termine del campionato. A fine stagione, infatti, la casa automobilistica italiana strinse un accordo con il team Euroracing di Giampaolo Pavanello che prevedeva la partecipazione dell'Alfa Romeo ai mondiali 1983 e 1984, ma la scuderia sarebbe stata gestita dal costruttore veneto a cui sarebbero stati forniti i propulsori. De Cesaris venne comunque confermato per la stagione seguente.