Obwohl Heidfeld seinem Teamkollegen unterlag ging er auch in der Saison 2009 für BMW Sauber an den Start. Sauber setzte zum Anfang der Saison das Energierückgewinnungssystem KERS ein, konnte jedoch nicht um den WM-Titel mitfahren. Dennoch fuhr Heidfeld bereits beim zweiten Rennen in Malaysia auf den dritten Platz. Nachdem das Rennen wegen starken Regens abgebrochen werden musste und nicht mehr neugestartet werden konnte, wurde für das Rennergebnis die vorherige Runde gewertet, in der Heidfeld den zweiten Platz belegte. Da weniger als 75 % der Renndistanz absolviert wurden, erhielten die Fahrer nur halbe Punkte. Nachdem das Team den Rückstand am Saisonanfang nicht mehr aufholen konnte, gab BMW nach dem Großen Preis von Ungarn bekannt, dass man zum Jahresende aus der Formel 1 aussteigen werde. Nach dieser Entscheidung erzielte Heidfeld noch bei weiteren vier Rennen Punkte. In der Gesamtwertung belegte er mit 19 Punkten den 13. Platz und lag somit genau einen Platz vor Kubica, der 17 Punkte erzielte.