C'était un début prometteur pour la R31 puisque Vitaly Petrov se classe en qualification puis réalise son premier podium en F1 lors la manche d'ouverture du championnat 2011 à Melbourne en décrochant la . Cette performance est "stricto sensu" imitée par Nick Heidfeld lors du second Grand prix de la saison, le Grand Prix de Malaisie, tandis que son coéquipier Petrov est contraint à l'abandon à quelques tours de l'arrivée après avoir escaladé violemment un vibreur. Derniers podiums de la saison pour Renault, l'écurie parvient jusqu'alors à rester du championnat des constructeurs grâce à une pour Petrov en Chine et un premier doublé dans les points en Turquie. Lors de la troisième séance d'essais libres du Grand Prix d'Espagne, la monoplace de Heidfeld, dont l'échappement côté droit a cassé, prend feu sur le bord de la piste et est gravement endommagée ; par conséquent, Heidfeld ne participe pas aux séances de qualification mais est repêché par les commissaires de course. Alors qu'il commence le Grand Prix à la vingt-quatrième position, Heidfeld parvient tout de même à rentrer dans les points, contrairement à Petrov.