In 1963 begon hij met autoracen. Twee jaar later won hij een Formule 3-wedstrijd en na twee goede seizoenen in de Formule 2 maakte Beltoise in 1966 zijn debuut in de Formule 1 tijdens de Grand Prix van Duitsland. In 1967 hij wist zich niet te kwalificeren voor de GP van Monaco 1967 maar aan het eind van het jaar lukte dit wel voor de Amerikaanse GP en Mexicaanse GP. Met een Matra werd hij in 1968 tweede bij de Grand Prix van Nederland. Tijdens het Formule 1-seizoen kwam hij ook nog uit in de Formule 2 bij het team van Matra en won het eindklassement in 1968 met 48 punten en 5 overwinningen. Een jaar later werd Beltoise door Ken Tyrrell naast Jackie Stewart geplaatst, opnieuw in een Matra. Waar Stewart kampioen werd in 1969, behaalde Beltoise twee podiumplaatsen en werd vijfde in het wereldkampioenschap. In 1970 volgden nog twee podiumplaatsen.