Bottas kembali berlumba pada tahun 2013, selepas beliau telah disahkan sebagai rakan sepasukan Pastor Maldonado di pasukan Formula Satu Williams bagi musim 2013 pada 28 November 2012. Pada 8 Jun 2013, Bottas mendapat keputusan kelayakan terbaiknya, dengan mendapat tempat ke-3 di Grand Prix Kanada (Circuit Gilles Villeneuve, Montréal), di belakang Sebastian Vettel (pertama), dan Lewis Hamilton (ke-2). Namun, beliau gagal mendapat sebarang mata dalam perlumbaan tersebut.