Кузов новой машины представлял собой полумонокок, болид имел 8-цилиндровый двигатель мощностью 210 л. с. Ferrari 158 дебютировал на Гран-при Монако 1964 года, однако Джон Сёртис сошёл из-за поломки коробки передач, а Лоренцо Бандини финишировал 10-м на болиде Ferrari 156 Aero. На следующем Гран-при в Нидерландах Джон финишировал на втором месте, заработав первые очки на Ferrari 158 в этом сезоне, также Сёртиc выиграл этапы в Германии и Италии. Борьба за титул продолжалась до финального этапа в Мексике: Грэм Хилл и Джим Кларк сошли с дистанции, а Джон приехал вторым и стал чемпионом с отрывом всего в одно очко. Две последние гонки чемпионата в США и Мексике Ferrari провела на машинах, выкрашенных в сине-белые полоски и под названием North American Racing Team. Таким образом Энцо Феррари выразил свой протест против действий FIA, отказавшихся омологировать среднемоторную спортивную машину Ferrari 250 LM.