2011 kehrte Conway nach seiner Verletzung in die IndyCar Series zurück und ging für Andretti Autosport an den Start. Nachdem er bei den ersten zwei Rennen nicht ins Ziel kam, erzielte er beim dritten Rennen in Long Beach seinen ersten IndyCar-Sieg. Im weiteren Verlauf der Saison kam er nie innerhalb der Top-5 ins Ziel. Zum Indianapolis 500 schaffte er es nicht, sich zu qualifizieren. Da er in den ersten zehn Veranstaltungen durch zwei von ihm verursachte Kollisionen aufgefallen war, fuhr er bis zum Ende der Saison auf Bewährung. Die Saison beendete er als schlechtester Andretti-Pilot auf dem 17. Gesamtrang. Zur Saison 2012 wechselte Conway zu A. J. Foyt Enterprises. Beim Indianapolis 500 hatte er erneut einen schweren Unfall. Diesmal blieb er aber unverletzt. Beim Honda Indy Toronto erzielte er mit einem dritten Platz seine erste Podest-Platzierung für sein neues Team. Es blieb seine einzige Top-5-Platzierung der Saison. Kurz vorm Saisonabschluss, dem MAVTV 500, das auf dem Oval in Fontana stattfand, gab Conway seinen Startverzicht für dieses Rennen bekannt und schloss weitere Teilnahmen an Ovalrennen generell aus. Conway erklärte, dass er sich auf den Ovalen nie wohl gefühlt habe und ihm die Rückkehr auf die Ovalkurse nach seinem schweren Unfall in Indianapolis 2010 nicht leichtgefallen war. Conway erntete für seine Entscheidung Respekt von mehreren Fahrern und Teamchefs der IndyCar Series. Conway beendete die IndyCar-Saison auf dem 21. Gesamtrang.