Дебют Монтойи в качестве боевого пилота состоялся 4 марта 2001 года в команде Williams, и уже спустя месяц о нём заговорили все, когда он обогнал Михаэля Шумахера во время рестарта гонки на Гран-при Бразилии. Хуан-Пабло мог победить уже в своей третьей гонке в Формуле-1, но отстающий на круг Йос Ферстаппен врезался в него на входе в поворот. В том сезоне Монтойя показал себя отличным гонщиком и стал любимцем многих болельщиков и комментаторов.