Door zijn goede prestaties promoveerde Vettel in 2009 van Toro Rosso naar het zusterteam Red Bull. Hij scoorde de eerste twee races geen punten maar sloeg in de daaropvolgende race keihard terug. Hij domineerde de GP van China en pakte zijn tweede zege uit zijn carrière. Hij behaalde 4 polepositions, waaronder die in Turkije en Engeland. Na vanaf pole gestart te zijn behaalde hij de overwinning in de GP van Engeland. Nadat hij in Singapore slechts een vierde plaats behaalde, was de achtervolging op WK-leider Jenson Button bijna tot stilstand gekomen, en werd de kans om in 2009 wereldkampioen te worden erg klein. In Japan behaalde Vettel echter zijn derde overwinning van het seizoen en eindigde Button slechts als achtste. De achterstand van Vettel op Button bedroeg met nog twee races te gaan 16 punten, zodat er nog steeds een kleine kans bestond om wereldkampioen te worden. Deze droom verviel echter in Brazilië, waar Jenson vlak achter Sebastian eindigde maar toch voldoende punten behaalde om wereldkampioen te worden. Vettel sloot zijn seizoen met glans af, door te winnen op het splinternieuwe circuit van Abu Dhabi.