Vettel va passar a ésser el pilot de proves de l'escuderia BMW Sauber en el Gran Premi de Turquia del 2006, quan Robert Kubica, l'anterior tercer pilot, va reemplaçar a Jacques Villeneuve en l'escuderia germana. El jove va impressionar marcant el millor temps en la segona sessió d'entrenaments del , així com va soprendre marcant el millor temps en les dues sessions del Gran Premi d'Itàlia del 2006. Per a la va ser confirmat com el tercer pilot de BMW Sauber, a la vegada que competia en les World Series by Renault, on va guanyar per primera vegada a Nürburgring. Lideraba el campionat quan el va haver de deixar per a dedicar-se a la Fórmula 1, ocupant el seu lloc Michael Ammermüller.