Boutsen lascia la scuderia per passare alle Ligier all'inizio del 1991. Gli subentra il rientrante Nigel Mansell affiancato da Patrese come seconda guida e da Damon Hill come collaudatore. L'inizio di stagione è travagliato, anche per problemi al cambio dell'innovativa FW14 che costringono entrambi i piloti al ritiro nel Gran Premio degli Stati Uniti. Nel secondo Gran Premio del Brasile, Patrese giunge secondo dietro il dominatore di inizio stagione, Ayrton Senna. Male va il Gran Premio di San Marino con un doppio ritiro, Mansell per incidente e Patrese per problemi elettrici. A Monaco Mansell finalmente finisce una gara a punti (secondo). I miglioramenti si fanno concreti e due gran premi dopo, Patrese centra il successo con Mansell secondo. Mansell vince in Francia e Gran Bretagna e Germania ed avvia una rimonta nella corsa al titolo. Quattro successi consecutivi per la Williams interrotti dal successo di Senna in Ungheria. Mansell si aggiudica anche i gran premi in Italia e in Spagna e sembra lanciato verso il titolo, ma in mezzo alle due gare vinte, nel Gran Premio del Portogallo, poi vinto da Patrese, Mansell in testa, perde une ruota mal fissata ripartendo dai box dopo un cambio delle gomme. Questo, insieme ad un ritiro in Giappone, costerà il campionato. La Williams finisce seconda nel mondiale costruttori, mentre Mansell secondo dietro Senna in quella piloti.