Fin avril, Vandoorne finit troisième de sa première course en Super Formula sur le circuit de Suzuka. Le à Monza, en marge du Grand Prix d'Italie, il est annoncé comme titulaire chez McLaren-Honda aux côtés de Fernando Alonso pour la saison 2017, Jenson Button prenant sa retraite. Il rejoint Okayama une semaine après pour disputer la cinquième manche du championnat de Super Formula et la remporte. Le , il gagne la deuxième course de Super Formula sur le circuit de Suzuka et prend la quatrième place finale du championnat à 6 points du champion Yuji Kunimoto.