Formula 1 -sarjassa Winkelhock kilpaili vuosina 1980 ja 1982–1985. Hänen ensimmäinen GP-kilpailunsa oli Italian Grand Prix 1980, jossa hän korvasi loukkaantunutta Jochen Massia Arrowsilla. Hän kuitenkin karsiutui aika-ajoissa eikä päässyt osallistumaan itse lähtöön. Uuden tulemisen F1:een hän teki kaudella 1982, jolloin hän ajoi saksalaisessa ATS-tallissa. Hän ajoi vain harvoin maaliin asti ja muutamassa kilpailussa matkanteko päättyi jo aika-ajoihin. Hän kuitenkin saavutti kauden toisessa kilpailussa Brasiliassa F1-uransa ainoat kaksi MM-pistettä. Winkelhock ajoi ATS:llä vielä seuraavat kaudet 1983 ja 1984, mutta kausiin mahtui paljon keskeytyksiä. Kauden 1984 viimeisessä kilpailussa Winkelhock ajoi Brabham-autolla ja sijoittui kymmenenneksi. Tulokset olivat edellisten kausien kaltaisia myös kaudella 1985, jolloin hän ajoi RAM-tallissa. Hän tosin ajoi kaudella vain yhdeksän kilpailua, koska hän kuoli kesken kauden.