Nach dem letzten Rennen der Saison 2010 gab Hülkenberg bekannt, dass er in der Saison 2011 nicht mehr für Williams antreten werde. Im Januar 2011 wurde er als Test- und Ersatzfahrer von Force India für die Saison 2011 unter Vertrag genommen. In dieser Funktion nahm er an einigen Freitagstrainings teil. Zur Saison 2012 wurde Hülkenberg bei Force India ins Stammcockpit befördert. Sein Teamkollege wurde Paul di Resta. Er ersetzte damit seinen Landsmann Adrian Sutil. Nachdem er beim Saisonauftakt bereits in der ersten Runde ausgeschieden war, erreichte er beim zweiten Rennen in Malaysia auf dem neunten Platz das Ziel. Beim Großen Preis von Europa erzielte er mit dem fünften Platz seine bis dahin beste Platzierung in der Formel 1. Beim Großen Preis von Belgien übertraf er dieses Ergebnis mit dem vierten Platz. Beim letzten Saisonrennen, dem Großen Preis von Brasilien, lag Hülkenberg bei zeitweisem Regen einige Runden in Führung. Im Zweikampf um die Spitze mit Lewis Hamilton kam es zu einer Kollision, für die Hülkenberg mit einer Durchfahrtsstrafe belegt wurde. Er kam schließlich auf dem fünften Platz ins Ziel. Die Saison schloss er auf dem elften Platz der Fahrerweltmeisterschaft ab und setzte sich mit 63 zu 46 Punkten gegen seinen Teamkollegen di Resta durch.