En 2010, Williams perd Nico Rosberg parti chez Mercedes Grand Prix et se sépare de Kazuki Nakajima, protégé de Toyota qui quitte la discipline. L'écurie est à nouveau motorisée par Cosworth et les nouveaux pilotes sont Rubens Barrichello, le pilote le plus expérimenté du plateau, et Nico Hülkenberg, champion GP2 2009 dès sa première participation. Après un début de saison difficile, l'équipe réalise une seconde partie de saison qui lui permet de terminer sixième du championnat des constructeurs, au coude-à-coude avec Force India. Le coup d'éclat de la saison est réalisé par Nico Hülkenberg qui réalise la pole position (la première depuis Nick Heidfeld au Grand Prix d'Europe 2005) à Interlagos chaussé de pneus slicks sur une piste s'asséchant.