Alguersuari viene chiamato dalla Red Bull come terzo pilota in occasione del Gran Premio di Germania 2009, sostituendo Brendon Hartley. A partire dal Gran Premio d'Ungheria 2009 esordisce ufficialmente in Formula 1, sostituendo Sébastien Bourdais proprio al volante della Toro Rosso e diventando il più giovane pilota debuttante in Formula 1, battendo il record di Mike Thackwell, detentore del primato dal 1980. Le sue prime gare sono però ancora più deludenti di quelle di Bourdais, ma nonostante ciò viene confermato alla scuderia anche per la stagione 2010; conquista i suoi primi punti iridati in Formula 1 in Malesia giungendo 9º. Nel 2011, a partire dal GP del Canada, ottiene una serie di risultati positivi, concludendo per 4 volte nella top ten e mancando i punti solo in Germania.