Für die Saison 2010 entschied sich Barrichello zu einem Wechsel ins traditionsreiche Williams-Team, in dem er neben Neuling Nico Hülkenberg an den Start ging. Barrichello gelang es sich an mehreren Grand-Prix-Wochenenden unter den ersten zehn Piloten zu qualifizieren und in die Punkte zu fahren. Beim Großen Preis von Ungarn kam er nach einem riskanten Überholmanöver gegen Michael Schumacher in die Schlagzeilen. Auf Platz elf liegend duellierte er sich mit seinem ehemaligen Teamkollegen, der nach drei Jahren Pause in die Formel 1 zurückgekehrt war und für das Brawn-Nachfolgeteam Mercedes Grand Prix an den Start ging. Beim Überholmanöver auf der Start-Ziel-Geraden drängte Schumacher Barrichello in Richtung Boxenmauer ab und es wäre beinahe zu einer Kollision gekommen.