Per la stagione 2017 Vandoorne fu promosso a pilota titolare della McLaren, al fianco dell'esperto Fernando Alonso. Nelle prime dieci gare, anche per via della scarsa competitività e affidabilità della monoposto britannica, il pilota belga non riuscì a ottenere dei piazzamenti a punti, totalizzando anche tre ritiri e una mancata partenza. Vandoorne conquistò il primo risultato utile in Ungheria, dove concluse decimo. Alla vigilia del successivo Gran Premio del Belgio fu annunciato il rinnovo del contratto tra Vandoorne e la scuderia inglese per la stagione 2018.