Auch 2020 startete er wieder für den Rennstall aus Faenza, der allerdings unter dem Namen "Scuderia AlphaTauri" antrat und nicht mehr als "Scuderia Toro Rosso". Beim Großen Preis von Italien in Monza fuhr er nach einem turbulenten Rennen seinen ersten Grand-Prix-Sieg ein. Es war zugleich der zweite Sieg der Teamgeschichte (den ersten erzielte Sebastian Vettel zwölf Jahre zuvor an gleicher Stelle für "Toro Rosso") und der erste Erfolg eines französischen Fahrers seit Olivier Panis in Monaco 1996. Er beendete die Saison auf dem zehnten Platz der Fahrerwertung mit 75 Punkten.