Nel 2019 Vandoorne viene scelto dal team Mercedes come pilota simulatore e nel 2020 viene nominato pilota di riserva del team ma alla fine non è stato scelto come pilota per il Gran Premio di Sakhir dopo che Lewis Hamilton è risultato positivo al COVID-19, gli viene preferito George Russell. Vandoorne partecipa sempre per la Mercedes ai test dei giovani piloti di Abu Dhabi 2020 al fianco del compagno di squadra di Formula E Nyck de Vries. Anche nella stagione 2021 viene scelto come terzo del team tedesco insieme a de Vries e Nico Hülkenberg.