Alors que débute la saison européenne en Espagne, Marussia annonce que l'ingénieur de course de Bianchi depuis son arrivée en 2013, Paul Davison, est nommé à la tête du secteur performance de l'écurie russe et est remplacé par Francesco Nenci, un ancien collaborateur de l'écurie Sauber. L'équipe de Banbury explique toutefois que les deux hommes travaillent ensemble le temps du Grand Prix d'Espagne. En outre, la Marussia MR03 bénéficie d'améliorations aérodynamiques. En qualifications, le Français, de la séance en , domine les Caterham mais est battu par Max Chilton pour six dixièmes, ce qui constitue la deuxième défaite en qualifications face à son coéquipier, la première depuis le Grand Prix du Japon 2013. Il explique cet écart par un freinage tardif et un blocage de roue au virage du circuit de Barcelone. En course, Bianchi s'élance de la sur la grille en raison d'une pénalité de dix places infligée à Jean-Éric Vergne pour une sortie des stands avec une roue mal fixée lors des qualifications. Ayant pour objectif de suivre le rythme des pilotes Sauber, le Niçois tient à l'écart son équipier et les Caterham mais l'écart de performance avec l'écurie suisse reste néanmoins conséquent (en moyenne par tour) et, termine finalement à deux tours du vainqueur, Lewis Hamilton. Il se montre alors optimiste et déclare que le moment de battre les Sauber , peut-être à Monaco, où il espère avoir .