Ab 2015 ging Vettel für Ferrari an den Start. Er wurde Teamkollege von Kimi Räikkönen und erhielt einen Dreijahresvertrag. Beim ersten Rennen in Australien erzielte er mit einem dritten Platz seine erste Podest-Platzierung für Ferrari. Im nächsten Rennen, dem Großen Preis von Malaysia, setzte Vettel auf eine andere Strategie als die Mercedes-Piloten Hamilton und Nico Rosberg und gewann sein erstes Rennen für Ferrari. Anschließend erreichte er in China mit einem dritten Platz ein weiteres Mal das Podium. Beim fünften Rennen in Spanien wurde er ein weiteres Mal Dritter und ein Rennen später in Monaco Zweiter. Beim Großen Preis von Großbritannien wurde er abermals Dritter. Anschließend erzielte Vettel in Ungarn seinen zweiten Saisonsieg. Beim darauf folgenden Großen Preis von Belgien erlitt Vettel in der zweitletzten Runde auf dem dritten Platz liegend einen Reifenschaden und fiel so aus den Punkterängen heraus. Es war das erste Mal, dass er bei Ferrari nicht in die Top-5 gefahren war. Nach einem zweiten Platz in Italien erzielte Vettel beim darauf folgenden Großen Preis von Singapur seine erste Pole-Position für Ferrari, die die erste Pole-Position für Ferrari seit 61 Rennen war. Im Rennen gelang ihm ein Start-Ziel-Sieg. Bei den nächsten fünf Rennen wurde er Dritter in Japan, Zweiter in Russland und Dritter in den USA und Brasilien. Vettel beendete die Saison als Meisterschaftsdritter und setzte sich intern mit 278 zu 150 Punkten gegen Räikkönen durch.