Podczas rozpoczynającego sezon 2009 Grand Prix Australii po utracie przyczepności zderzył się z Robertem Kubicą. Obaj kierowcy stracili przednie skrzydło w swoich bolidach i starali się kontynuować jazdę, co jednak się nie udało. Vettel został sklasyfikowany poza pierwszą punktowaną ósemką i otrzymał karę przesunięcia o dziesięć miejsc na starcie do następnego wyścigu. W Grand Prix Malezji podczas deszczowego wyścigu wpadł w poślizg przez co musiał wycofać się z rywalizacji. Został sklasyfikowany poza pierwszą punktowaną ósemką. W Grand Prix Chin odniósł pierwsze zwycięstwo dla zespołu Red Bull. Kolejny wyścig ukończył na podium, dojeżdżając na drugim miejscu w Grand Prix Bahrajnu. Grand Prix Hiszpanii ukończył poza podium. Nie ukończył Grand Prix Monako z powodu popełnionego błędu w wyniku którego uderzył w barierę z opon. Grand Prix Turcji ukończył na trzecim miejscu. Drugie w sezonie zwycięstwo odniósł w Grand Prix Wielkiej Brytanii. W Grand Prix Niemiec zajął drugą pozycję. Grand Prix Węgier nie ukończył z powodu awarii zawieszenia, a podczas Grand Prix Europy doszło do awarii silnika w jego bolidzie, co ponownie uniemożliwiło mu ukończenie wyścigu. Podczas tego Grand Prix przedłużył kontrakt z Red Bullem na starty w sezonie 2010 i 2011, z opcją przedłużenia go do 2012 roku. W Grand Prix Belgii zajął trzecie miejsce. W dwóch kolejnych wyścigach Grand Prix Włoch i Grand Prix Singapuru dojeżdżał do mety na punktowanych pozycjach. Zwyciężył ponowne w Grand Prix Japonii. W Grand Prix Brazylii był czwarty, a w ostatnim wyścigu sezonu Grand Prix Abu Zabi – zwyciężył. Zdobył 84 punkty i został wicemistrzem Formuły 1.