Anfang 2014 nahm Mardenborough erneut an der Toyota Racing Series teil und startete für Giles Motorsport. Er gewann drei Rennen und stand insgesamt siebenmal auf dem Podest. Mit 782 zu 790 Punkten wurde er am Saisonende Vizemeister hinter Andrew Tang. Anschließend erhielt er für die Saison der GP3-Serie ein Cockpit bei Arden International. Mardenborough gewann ein Rennen und belegte als bester Pilot seines Rennstalls den neunten Gesamtrang. Darüber hinaus trat er für OAK Racing erneut zum 24-Stunden-Rennen von Le Mans an und fuhr je ein Rennen in der United SportsCar Championship (USCC) und der britischen GT-Meisterschaft. 2015 wechselte Mardenborough innerhalb der GP3-Serie zu Carlin. Mit zwei dritten Plätzen als beste Ergebnisse wurde er Gesamtneunter. Als Carlin bei einer Veranstaltung der GP2-Serie 2015 ein freies Cockpit hatte, wurde Mardenborough statt in der GP3-, in der GP2-Serie eingesetzt. Ferner ließ er das letzte Rennwochenende der GP3-Serie aus. Darüber hinaus erhielt Mardenborough bei Nissan Motorsports ein Werkscockpit für die FIA-Langstrecken-Weltmeisterschaft 2015. Das Team stieg erst zum dritten Rennen, dem 24-Stunden-Rennen von Le Mans, in die Serie ein und zog sich anschließend wieder aus der Meisterschaft zurück. Außerdem nahm Mardenborough 2015 an Rennen der VLN Langstreckenmeisterschaft Nürburgring teil. Im Streckenabschnitt "Flugplatz" hob sein Fahrzeug ohne Fremdeinwirkung ab und wurde bei dem Aufprall auf den Reifenstapel über den Fangzaun katapultiert. Dabei kam ein Zuschauer ums Leben und zwei weitere wurden verletzt. Mardenborough selbst überstand den Unfall unverletzt.