После окончания сезона 2016, неожиданно завершил карьеру чемпион в составе команды Mercedes-Benz Нико Росберг. В начале 2017 года Mercedes объявили о подписании Боттаса на место ушедшего чемпиона, и он стал новым напарником британца Льюиса Хэмилтона. Валттери приехал третьим в первой гонке за новую команду, на Гран-при Австралии 2017. Позже Боттас отметился первым поулом в квалификации Гран-при Бахрейна, однако в гонке занял лишь третье место. 30 апреля 2017 года Боттас одержал первую победу в карьере на Гран-при в России. Позже Валттери отметился ещё одним поулом на Гран-при Австрии и, несмотря на плотную борьбу с Себастьяном Феттелем, сумел одержать свою вторую победу. В целом, по ходу сезона Боттас регулярно набирал очки, что позволяло ему иметь некоторые шансы на чемпионство, однако в последней трети чемпионата его результаты были значительно хуже, чем у напарника, который в итоге и стал чемпионом. В последних гонках сезона у Валттери сохранялись шансы на второе место в чемпионате, однако несмотря на ещё два поула и третью в сезоне победу Феттель всё таки опередил его на 12 очков. Боттас закончил сезон 2017 года на третьем месте.