2011 war Valsecchi Formel-1-Testfahrer beim Team Lotus. In dieser Funktion gab er im ersten freien Training zum Großen Preis von Malaysia sein Debüt bei einem Grand-Prix-Wochenende. Außerdem ging er für das Team AirAsia, dem GP2-Team von Lotus, in der GP2-Asia- und in der GP2-Serie an den Start. In der GP2-Asia-Serie belegte er mit einem dritten Platz als bestes Ergebnis den siebten Gesamtrang. Eine Disqualifikation beim Hauptrennen des Saisonfinales wegen eines zu niedrigen Unterbodens verhinderte eine bessere Gesamtplatzierung. In der GP2-Serie entschied Valsecchi das Hauptrennen auf dem Circuit de Monaco für sich. In der zweiten Saisonhälfte blieb er allerdings ohne Punkte. Er schloss die Saison auf dem neunten Platz ab.