Kobayashi fikk imidlertid sin Formel 1-debut i Brasils Grand Prix 2009, etter at det ble oppdaget en komplikasjon på Glocks skade som i til å begynne med ikke var funnet. Han kvalifiserte seg til 11. startposisjon i en kaotisk kvalifisering som varte i over to og halv time og som ble rødflagget to ganger på grunn av ulykker på regnvåt bane. Tidlig i løpet, mens han lå på sjetteplass, holdt han i flere runder unna for utfordringen fra Jenson Button, som trengte å avslutte godt for å sikre seg verdensmesterskapet. Kobayashi avsluttet løpet på tiendeplass, og ble senere flyttet opp til niende da Heikki Kovalainen ble straffet. Button beskrev spøkefullt Kobayashi som «absolutt gal, veldig aggressiv». Han kjørte også i Abu Dhabis Grand Prix 2009, ettersom Glocks skade ble vurdert til ikke å ha leget tilstrekkelig. Kobayashi kvalifiserte som nummer 12 og fullførte på sjetteplass, og scoret med det sine første VM-poeng.