Pour 2019, Shwartzman et Prema Racing continuent leur route ensemble en rejoignant la Formule 3 FIA, un nouveau championnat né de la fusion entre la Formule 3 européenne et le GP3 Series. Depuis cette année, le jeune pilote est coaché par Vitaly Petrov, premier pilote russe ayant couru en Formule 1, qui est présent pour le conseiller aussi bien en essais que lors des week-ends de course. Shwartzman se qualifie en pole pour la première course de Barcelone et termine d'abord la course en deuxième position avant d'être promu vainqueur de la course à la suite d'une pénalité infligée à Christian Lundgaard. Le lendemain, il termine quatrième après être parti huitième. Au Castellet, il finit deuxième de la première course, et lors de la seconde course, il remporte sa deuxième victoire après être parti septième.