2007 bestritt Rosberg seine zweite Formel-1-Saison für Williams, die nun Toyota-Motoren verwendeten. Nachdem Webber den Rennstall verlassen hatte, wurde Alexander Wurz Rosbergs neuer Teamkollege. Beim Saisonauftakt in Australien wurde Rosberg erneut Siebter. Beim darauf folgenden Großen Preis von Malaysia fiel er 14 Runden vor Rennende mit einem technischen Defekt aus. Ein sechster Platz in Spanien war seine einzige weitere Punkteplatzierung in der ersten Saisonhälfte. In der zweiten Saisonhälfte gelangen Rosberg insgesamt fünf Punkteplatzierungen. Ein vierter Platz beim letzten Rennen in Brasilien war sein bestes Ergebnis. Zwar gelang Wurz, der für das letzte Rennen durch Kazuki Nakajima ersetzt wurde, mit einem dritten Platz eine Podest-Platzierung, in der Fahrerwertung setzte sich Rosberg intern dennoch mit 20 zu 13 Punkten durch und verbesserte sich auf den neunten Platz. Rosberg wurde im Qualifying nur einmal von Wurz geschlagen.