Syyskuussa 2016 ilmoitettiin Vandoornen ajavan toista McLarenia kaudella 2017 korvaten F1-uransa lopettavan Jenson Buttonin. Hän ajoi parhaimmillaan seitsemänneksi Singaporen ja Malesian GP:ssä. Vandoorne solmi McLarenin kanssa jatkosopimuksen elokuussa 2017, mutta sen kestoa ei julkistettu, talli sanoi kuitenkin haluavansa pitää hänet riveissään ”pitkään”.