Malgré cette courte expérience en F1, il signe chez Pons Racing pour la saison 2015 de Formule Renault 3.5. Il est toutefois contacté par Manor Marussia qui cherche un pilote et, seulement quelques jours avant le début de la saison 2015 de Formule 1, Merhi rejoint l'écurie anglo-russe en tant que titulaire aux côtés de Will Stevens. Pour le premier Grand Prix de la saison à Melbourne, Marussia est contraint de rester au garage tout au long du week-end de course à la suite de problèmes de systèmes informatiques empêchant les voitures de prendre la piste. En Malaisie, Merhi prend part à son premier Grand Prix et se classe seizième et dernier de la course. Sans partenaire financier important, son baquet est menacé par Giedo Van der Garde ou encore par le troisième pilote Fabio Leimer. De plus, alors qu'il continue en parallèle la Formule Renault 3.5, il est exclu après avoir provoqué un gros accident avec Nicholas Latifi après la ligne d'arrivée sur le Red Bull Ring. Vivement critiqué après cette manœuvre dangereuse, Merhi continue tout de même l'aventure Manor et prend peu à peu l'ascendant sur son coéquipier Stevens. Il décroche une douzième place au Grand Prix de Grande-Bretagne, son meilleur résultat en Formule 1.