Nel 2003 fu girato alla Ferrari (con cui la Sauber aveva rapporti di collaborazione tecnica) come collaudatore, per poi ritornare alla squadra svizzera nel 2004 a fianco del romano Giancarlo Fisichella, cogliendo come miglior risultato un 4º posto al Gran Premio del Belgio. Confermato per il 2005, Massa bissò il miglior risultato della carriera con un 4º posto al Gran Premio del Canada, in un'annata avara di risultati per il team elvetico, che si apprestava a trasformarsi nella BMW Sauber.