Il 1º marzo 2013 fu ingaggiato dalla scuderia Marussia in sostituzione di Luiz Razia, i cui sponsor non avevano garantito la copertura prevista alla scuderia. Il pilota francese debuttò in modo positivo, mettendosi in luce nonostante la scarsa competitività della vettura. Nelle prime tre gare Bianchi riuscì a precedere sia in gara che in qualifica i piloti della Caterham e il compagno di squadra Max Chilton. In Bahrein, per la prima volta, si qualificò dietro la Caterham di Charles Pic, ed in gara chiuse 19º dietro Esteban Gutiérrez.