En 1998, Heidfeld rejoint la Formule 3000 chez le "West Junior Team", écurie junior de McLaren-Mercedes, qui le conserve comme pilote d'essais pour la saison ; en lutte avec Juan Pablo Montoya durant toute la saison, l'Allemand doit s'incliner dans la dernière course, après une erreur de son équipe qui ne lui met pas assez d'essence pour les qualifications : avec trois victoires, Heidfeld est vice-champion. Mais en 1999, parallèlement à ses activités de pilote essayeur pour le compte de McLaren-Mercedes en Formule 1, Heidfeld se montre d'entrée, remportant la première course de la saison de Formule 3000 à Monza. Alors qu'une pénalité lui enlève sa victoire lors de la deuxième course, le protégé de Mercedes prend sa revanche à Barcelone en s'imposant. Au cours de l'année, Heidfeld participe avec Mercedes, aux 24 Heures du Mans 1999 : septième des qualifications, Heidfeld peut légitimement espérer un bon résultat mais lors de la course, le prototype, piloté par son coéquipier Peter Dumbreck, s'envole à plus de avant de terminer sa course folle dans un rail de sécurité.