El 16 de desembre de 2020, es va confirmar el fitxatge del pilot japonès per l'escuderia italiana AlphaTauri per disputar la temporada 2021. Un dia abans, es van disputar els entrenaments post-temporada amb aquest equip, establint el cinquè millor temps de la sessió. El pilot va substitui Danill Kviat i utilitza el número 22, que havia lluït històricament Jenson Button fins a l'any 2017. En el seu primer gran premi a Bahrain, Tsunodai va classificar en 13è lloc i, en la cursa, finalitzà 9è, aconseguint 2 punts en el seu debut en la categoria.