Le 26 septembre 2017, Toro Rosso annonce que le Français Pierre Gasly, pilote de réserve de la Scuderia Toro Rosso, prend sa place pour les Grands Prix de Malaisie et du Japon. Gasly étant parti disputer la dernière manche de Super Formula, où il joue le titre, et Carlos Sainz Jr. étant parti chez Renault, Kvyat fait son retour au Grand Prix des États-Unis aux côtés d'un nouveau coéquipier : le Néo-Zélandais Brendon Hartley. Comme il était attendu, le Russe est devant Hartley durant tout le week end, et en terminant dixième, il inscrit son premier point depuis douze courses et le Grand Prix d'Espagne en mai, mais cela ne suffit pas pour sauver sa place : le , Helmut Marko confirme que après le Grand Prix des États-Unis. Pierre Gasly et Brendon Hartley font équipe chez Toro Rosso jusqu'à la fin de la saison 2017. Le pilote russe termine sa saison avec Toro Rosso à la dix-neuvième place du championnat, avec cinq points.