Nadat Lauda Brabham tijdens de Grand Prix van Canada in 1979 had meegedeeld, dat hij de Formule 1 per direct zou verlaten, werd Piquet eerste rijder bij Brabham. De laatste twee Grands Prix was zijn teamgenoot de Argentijn Ricardo Zunino.In 1980 was Zunino gedurende de eerste zeven Grands Prix van het seizoen zijn teamgenoot, maar vanwege slechte resultaten werd de Argentijn vervangen door de Mexicaan Hector Rebaque. In 1980 boekte hij zijn eerste GP-overwinning in Long Beach; hij won de race met een voorsprong van 49 seconden op de Italiaan Ricardo Patrese. Er volgden nog twee zeges. Hij won de Grand Prix van Nederland en die van Italië en had daarnaast nog twee podiumplaatsen: derde tijdens de Grand Prix van Monaco en tweede tijdens de Grand Prix van Groot Brittannië. Piquet werd met 54 punten vicewereldkampioen na de Australiër Alan Jones, die uitkwam voor het team van Williams.