Nel 2010 il pilota ceco è designato pilota collaudatore della Renault; il 19 marzo ha la possibilità di effettuare un breve test con la vettura sul Circuito di Silverstone; durante la stagione corre anche nella World Series by Renault e nell'Auto GP. Nel 2011 rimane nel ruolo di collaudatore dalla Renault e fa inoltre il suo esordio assoluto in un fine settimana del Campionato mondiale di Formula 1 prendendo il posto di Vitantonio Liuzzi alla HRT nelle prove libere del Gran Premio del Brasile. Charouz è il primo ceco a tornare nel mondiale di Formula 1 dopo Tomáš Enge, che disputò gli ultimi Gran Premi della stagione 2001 con la Prost.