Para 2002, Trulli é contratado pela equipe Renault, para a reestreia da equipe na categoria. No primeiro ano de equipe, faz 9 pontos e tendo como companheiro Jenson Button. Em 2003, Fernando Alonso chega para ser seu companheiro de equipe, Trulli consegue 33 pontos e um pódio, mas é Alonso quem conquista a primeira vitória da equipe após seu retorno e faz 55 pontos. Então em 2004, Trulli consquista 2 poles e uma vitória, no GP de Monte Carlo de 2004. Mas um desentendimento com Flavio Briatore fez com que ele saísse antes do GP da China de 2004, e terminando o ano com 46 pontos pela equipe