Pada awal musim 2009, Vettel menggantikan David Coulthard yang bersara, dan bermula dengan kukuh di Grand Prix Australia, dengan mendapat tempat ketiga pada pusingan kelayakan dan berada pada kedudukan kedua untuk majoriti perlumbaan tersebut. Walau bagaimanapun, beliau berlanggar dengan Robert Kubica ketika berebut untuk tempat kedua pada saat-saat akhir perlumbaan yang memaksa kedua-dua mereka bersara. Vettel cuba untuk menamatkan perlumbaan dengan tiga roda belakang keretanya di bawah keadaan kereta keselamatan untuk mengutip beberapa mata kejuaraan, namun beliau terpaksa bersara dari perlumbaan tersebut. Beliau menyangka bahawa beliau dapat mencuba taktik ini kerana dengan adanya bendera kuning, pemandu lain tidak boleh memotongnya. Sebaliknya beliau diberikan penalti 10-petak kedudukan untuk perlumbaan seterusnya di Malaysia dan Red Bull Racing telah didenda kerana mengarahkan beliau untuk meneruskan perlumbaan walaupun selepas kerosakan itu berlaku. Di Malaysia, beliau berjaya untuk mendapat tempat ketiga pada pusingan kelayakan, namun telah diturunkan ke tempat ke-13 disebabkan penalti beliau. Vettel kemudiannya bersara dari perlumbaan tersebut, sejurus sebelum perlumbaan dihentikan kerana keadaan cuaca yang buruk. Walau bagaimanapun di Grand Prix China, beliau mendapat petak pertama kedua kerjayanya, dan yang pertama bagi Red Bull Racing. Beliau memenangi perlumbaan tersebut di hadapan rakan sepasukan, Mark Webber. Pada usia 21 tahun dan 287 hari, Vettel menjadi pemandu Grand Prix termuda dalam sejarah Formula Satu untuk memenangi perlumbaan untuk dua pasukan yang berbeza, selepas memenangi Grand Prix Itali 2008 untuk pasukan Toro Rosso.