Beim Großen Preis von Italien in Monza fuhr Mairesse seinen zweiten Grand Prix. Der Ferrari Dino 246F1 war als Rennwagen mit einem Frontmotor den britischen Heckmotorfahrzeugen von Cooper und Lotus längst unterlegen. Zwar mit fast 50 PS mehr ausgestattet als die Konkurrenz waren die Ferraris zu schwer. Auf der Rennbahn von Monza – 1960 fuhr man auch die Passage mit den Steilkurven – waren die Ferraris jedoch nicht zu schlagen. Mairesse beendete die Jagd hinter seinen Teamkollegen Phil Hill und Richie Ginther als Dritter (es blieb seine einzige Platzierung unter den ersten drei bei einem Lauf zur Weltmeisterschaft der Formel 1). Die damalige Werksmannschaft der Scuderia war mit Phil Hill, Wolfgang von Trips, Richie Ginther und Olivier Gendebien prominent besetzt. Willy Mairesse als jüngster Zugang stand hintan und erhielt in der ersten Hälfte der Saison 1961 keine Chance auf ein Cockpit in der Formel 1. Er fuhr jedoch im Sportwagen und gewann wie 1960 die Tour de France, diesmal vor Gendebien, dem er 1959 unterlegen war. In Le Mans erreichte er mit Mike Parkes Rang zwei im Ferrari 250TR/61. Da Mairesse unbedingt beim Großen Preis von Belgien an den Start gehen wollte, erteilte ihm Ferrari die Freigabe, um für die Equipe Nationale Belge einen Lotus 18-Climax zu fahren. In der 7. Runde fiel er mit Zündungsschaden aus. Auch beim Großen Preis von Frankreich in Reims war er am Start, diesmal in einem Werks-Lotus-21-Climax. Hier fiel er mit Motorschaden aus.