Il 14 marzo 2016, alla vigilia del primo appuntamento stagionale, viene scelto dalla Williams per rivestire il ruolo di terzo pilota. Viene confermato anche per la stagione successiva. Nel Gran Premio d'Ungheria 2017 prende il posto di Felipe Massa a partire dalle qualifiche, in seguito ad un malessere del pilota brasiliano. Tornato a competere in Formula 1 dopo un'assenza di quasi quattro anni, il pilota scozzese si qualifica in penultima posizione, due posti più indietro del compagno di squadra Lance Stroll, e si ritira per problemi tecnici mentre si trovava nelle retrovie.