In der Saison 1980 ging Renault mit dem neuen Fahrzeug RE20 und der bestehenden Fahrerpaarung aus Jean-Pierre Jabouille und René Arnoux an den Start. Insbesondere Arnoux zeigte sich stark verbessert. Er gewann zwei Rennen (Brasilien, Südafrika), errang einen weiteren zweiten Platz und führte nach dem Rennen in Südafrika die Fahrerwertung an. Nach dem starken Saisonstart ließ die Leistung allerdings wieder nach, und die Ausfälle häuften sich. Am Ende kam Arnoux mit 29 Punkten auf den sechsten Platz der WM-Wertung. Jabouille erlebte dagegen ein enttäuschendes, am Ende tragisches Jahr. Er fiel in allen Rennen bis auf zwei aus. Hierunter fällt auch sein Sieg in Österreich, der gleichzeitig seine einzige Ankunft in den Punkterängen darstellte. Beim vorletzten Saisonrennen in Kanada schließlich verunfallte Jabouille infolge eines Aufhängungsschadens schwer und erlitt so komplizierte Beinbrüche, dass seine Formel-1-Karriere faktisch beendet war (ein Comebackversuch im Folgejahr bei Ligier brachte keinen Erfolg). Am Saisonende kam Renault mit 38 Punkten auf Platz 4 der Konstrukteurswertung.