2001-ben debütált a nemzetközi Formula–3000-es szériában. Alain Prost csapatával mindössze hét futamon állt rajthoz ebben az évben. A 2002-es szezonra a címvédő istállóhoz szerződött, a Nordic Racing pilótájaként a szezon összes versenyén elindult. Noha több alkalommal is az első tízben végzett, csak egyszer, a szezonzáró monzai futamon volt pontszerző. 2003-ban a Coloni Motorsport versenyzője volt. Míg csapattársa, Ricardo Sperafico rendre az élmezőnyben végzett, addig Baumgartner legjobb eredménye egy ötödik helyezés volt Monte Carlóban. Ebben az évben a Formula–1-es Jordan-istálló egyik tesztpilótája is lett, és mikor a csapat versenyzője, Ralph Firman a magyar nagydíj szabadedzésén megsérült, Baumgartner helyettesítette őt a Hungaroringen és Monzában. A Formula–3000-es szezon utolsó két futamán így már nem tudott részt venni.