Nel successivo Gran Premio d'Austria il pilota tedesco fece segnare la terza migliore prestazione in qualifica, potendo scattare dalla prima fila per via di una penalità inflitta all'autore del secondo tempo Nico Rosberg. La gara, tuttavia, fu compromessa da problemi di assetto, che causavano un'eccessiva usura delle gomme; Hülkenberg fu poi costretto al ritiro per problemi ai freni nelle fasi finali di gara, mentre era nelle retrovie, venendo comunque classificato diciannovesimo. Nelle tre gare seguenti il pilota tedesco tornò a segnare punti, cogliendo due settimi e un decimo posto. Il 13 ottobre 2016 venne annunciato il suo passaggio alla Renault per la stagione 2017; nel successivo Gran Premio del Belgio Hülkenberg colse il miglior risultato stagionale, giungendo quarto al traguardo. Nelle gare rimanenti il pilota tedesco giunse stabilmente a punti, con l'eccezione di due ritiri per incidente nelle prime fasi di gara a Singapore ed Austin. Hülkenberg eguagliò il proprio miglior piazzamento in classifica assoluta, chiudendo la stagione al nono posto con 72 punti.