La saison suivante, après quatre Grands Prix, Red Bull annonce son transfert de Toro Rosso à Red Bull Racing en lui attribuant le baquet de Daniil Kvyat qui fait le chemin inverse. Dès sa première course avec l'équipe autrichienne, en Espagne, Verstappen remporte sa première victoire en Grand Prix, devenant ainsi, à 18 ans et 227 jours, le plus jeune vainqueur de l'histoire de la Formule 1. Au Brésil, il devient également le plus jeune pilote à réaliser un meilleur tour en course à 19 ans et 44 jours. Il achève la saison à la cinquième place du championnat avec 204 points et sept podiums. Ses saisons 2017 et 2018 sont gâchées par plusieurs abandons causés par des erreurs et des problèmes techniques, mais il remporte de nouveaux succès à Sepang, Mexico et Spielberg.