2017 wechselte Bourdais innerhalb der IndyCar Series zu Dayle Coyne Racing. Er gewann den Saisonauftakt in St. Petersburg. Bei der Qualifikation zum Indianapolis 500 verunglückte Bourdais schwer. Er zog sich bei dem Unfall einen Bruch der rechten Hüfte sowie multiple Beckenfrakturen zu. Ungefähr zwei Monate später saß er bei einem privaten Test wieder in einem IndyCar. Er startete bei den letzten drei Saisonrennen. 2018 wiederholte er seinen Sieg beim Saisonauftakt in St. Petersburg. Nach der Saison 2019 wurde sein Vertrag bei Dale Coyne nicht verlängert. In der IndyCar Series soll er 2020 einige ausgewählte Rennen für A. J. Foyt Enterprises fahren. Als Vollzeitprogramm fährt er für JDC Miller Motorsports in der IMSA WeatherTech SportsCar Championship einen Cadillac DPi-V.R zusammen mit João Barbosa.