En 1966, le changement de réglementation fait à nouveau de lui le favori pour le titre mondial. Loin d'être l'année d'un deuxième sacre, 1966 sera au contraire celle de la rupture entre Surtees et Ferrari. Exaspéré par les pratiques d'Eugenio Dragoni (directeur sportif de la Scuderia) qui ne cache pas sa préférence pour son coéquipier italien Lorenzo Bandini et par les manœuvres dans l'ombre de Mike Parkes qui souhaitait une place de titulaire chez Ferrari, Surtees claque la porte de la Scuderia en pleine saison, malgré la pole position et la victoire en Belgique sur la 312. Il termine l'année chez Cooper où il décroche deux podiums avant de remporter sa deuxième course de la saison lors du Grand Prix du Mexique sur la T81-Maserati. Surtees termine vice-champion du monde derrière l'impressionnant Brabham qui a remporté quatre courses consécutivement.