Les débuts en Formule 1 de Vitaly Petrov sont difficiles : trois abandons consécutifs (suspension cassée à Sahkir, tête-à-queue à Melbourne, boîte de vitesses défectueuse en Malaisie). Petrov marque ses premiers points en championnat lors du Grand Prix de Chine, quatrième épreuve de la saison, où il se classe septième. Après une série de six scores vierges consécutifs, son écurie le somme d'obtenir des résultats sous peine de perdre son baquet de titulaire en 2011. Il réagit à cette pression en obtenant le point de la dixième place au Grand Prix d'Allemagne à Hockenheim puis en réalisant la semaine suivante en Hongrie sa meilleure qualification de l'année (septième devant son coéquipier huitième, ce qui n'était jamais arrivé auparavant). Petrov conclut sa prestation hongroise par une cinquième place finale qui le propulse à la douzième place du championnat du monde. En Italie, il finit treizième, à Singapour, onzième et il abandonne à Suzuka et en Corée du Sud. Au Grand Prix d'Abou Dabi, il se classe sixième derrière son coéquipier et termine à la treizième place du championnat du monde.