Den 1 mars 2013 meddelade Marussia att Bianchi skulle ersätta Luiz Razia som ordinarie förare sedan Razias kontrakt avslutats på grund av brist på sponsorer. Bianchi kvalade in på nittonde plats i debuten i och kvalade ut stallkamraten Max Chilton med nästan en hel sekund. Han tog sig förbi Pastor Maldonado och Daniel Ricciardo under det första varvet, och blev till slut femtonde i mål. Bianchi kvalade återigen nittonde i . Han tappade några positioner under inledningen av loppet, men gick till slut i mål på trettonde plats, vilket blev hans bästa placering under säsongen. Fram till Ungerns Grand Prix hade han slagit sin stallkamrat i alla kvalificeringar och lopp som båda kommit i mål i. Bianchi slutade säsongen på nittonde plats med noll poäng, men nådde det viktigaste målet: Att han skulle slå stallkamraten och de båda Caterham-förarna. Han blev senare utnämnd till årets rookie av tidningen Autosport.