Kobayashi membuat penampilan sulungnya dalam Formula Satu di Grand Prix Brazil, dengan mengantikan Glock yang masih cedera. Beliau mendapat tempat kesebelas pada pusingan kelayakan. Beliau menamatkan perlumbaan di tempat kesepuluh, dan kemudiannya dinaikkan ke tempat kesembilan selepas Heikki Kovalainen menerima penalti. Beliau juga bertanding di Grand Prix Abu Dhabi. Kobayashi mendapat tempat ke-12 pada pusingan kelayakan dan menamatkan perlumbaan di tempat keenam. Sebelum Toyota memutuskan untuk menarik diri dari Formula Satu, Kobayashi telah dijangka untuk menjadi pemandu pasukan di Toyota bagi musim 2010.