En vue de la saison 1980, il quitte Lotus pour Williams F1 Team qui a fait la plus grosse impression lors de la deuxième moitié de saison 1979. Le choix de carrière de Reutemann qui remplace à nouveau Clay Regazzoni s'avère judicieux mais, comme en 1977 chez Ferrari, il subit les affres de la concurrence interne et se fait le plus souvent dominer par son coéquipier australien Alan Jones qui remporte le titre mondial. Toujours chez Williams en 1981, Reutemann entend prendre sa revanche sur Jones, malgré le statut de premier pilote dont bénéficie l'Australien. Visiblement plus à son aise que l'année précédente, Reutemann remporte sa seconde victoire hors-championnat lors du Grand Prix d'Afrique du Sud disputé sous l'égide de la "World Federation of Motor Sport," créée pour l'occasion par la Formula One Constructors Association organisatrice de ce Grand Prix, sans l'accord de la Fédération internationale du sport automobile et en l'absence des écuries légalistes (Renault Ferrari et Alfa Romeo) qui ne compte pas pour le championnat du monde 1981. Reutemann termine deuxième du Grand Prix des États-Unis Ouest, première course de la saison disputée sur le Circuit urbain de Long Beach, derrière son coéquipier Alan Jones. Il remporte la deuxième course de la saison au Brésil, une victoire qui lui attire les foudres de son écurie qui lui reproche d'avoir ignoré une consigne d'avant-course lui ordonnant de laisser la victoire à Jones. Confirmant tout au long de la saison sa domination sur Jones, Reutemann doit subir la remontée au championnat du jeune Brésilien Nelson Piquet, sur Brabham, qui a déjà lutté pour le titre mondial l'année précédente face à Alan Jones. L'ambiance au sein de l'écurie Williams reste très tendue depuis le Brésil et Reutemann est loin de bénéficier du soutien de ses employeurs Frank Williams et Patrick Head ni de son coéquipier Alan Jones qui le déteste.