Le 31 juillet 2007, la Scuderia Toro Rosso annonce que Sebastian Vettel remplace Scott Speed jusqu'à la fin de la saison. Vettel effectue alors ses débuts de pilote titulaire à l'occasion du Grand Prix de Hongrie qu'il termine à la seizième place. Déterminé à faire tout son possible avec sa monoplace qui n'est pas particulièrement performante bien qu'elle dispose d'une mécanique Ferrari, il décroche une méritoire huitième place sur la grille lors du Grand Prix du Japon ; c'est la première fois qu'une Toro Rosso participe à la session finale de qualification depuis ses débuts en Grand Prix. En course, il a l'occasion de parcourir ses premiers tours en tête mais, lors d'une neutralisation sous voiture de sécurité, il est surpris par une manœuvre de Lewis Hamilton et accroche Mark Webber alors troisième, les condamnant tous les deux à l'abandon. La FIA, le jugeant responsable de l'accrochage, décide alors de le sanctionner d'un recul de dix places sur la grille pour l'épreuve suivante. Quelques jours avant le Grand Prix de Chine, Vettel se voit dédouané de toute responsabilité dans l'incident avec Webber et la FIA retire sa sanction. Il se qualifie en douzième position mais est pénalisé de cinq places pour avoir gêné un autre pilote pendant son tour lancé. Grâce à un seul arrêt au stand et bénéficiant de nombreux abandons à la suite de mauvaises conditions météorologiques, il finit la course à une brillante quatrième place, son équipier Vitantonio Liuzzi terminant sixième. Il termine le championnat à la quatorzième place avec 6 points et conserve son baquet chez Toro Rosso pour 2008 où il fait équipe avec Sébastien Bourdais, quadruple champion de Champ Car.