Brabhamin kilpa-ajajan kokemus kasvoi, kun hän aloitti yhteistyön Cooperin tehdastallin kanssa ja ajoi ensimmäisen Formula 1 -kilpailunsa tallin valmistamalla autolla Britannian osakilpailussa vuonna . Brabrhamin kilpailu päättyi keskeytykseen. Myös seuraavan vuoden Britannian kilpailu päättyi keskeytykseen Maseratin autolla. Kausi oli jälleen yhden kilpailun mittainen F1-sarjassa, koska Brabhamin kiinnostus suuntautui urheiluautoihin ja Formula 2 -sarjaan. Hän voitti Stirling Mossin kanssa vuoden 1958 Nürburgringin 1000 kilometrin ajon sekä F2-mestaruudet Britannian (1958) ja Ranskan (1964) sarjoissa. Le Mansin 24 tunnin ajossa vuonna 1957 Brabham sijoittui Cooperillaan S1100-luokkansa kolmanneksi (kokonaistuloksissa 15. sijalle), mutta vuosien 1958 ja 1970 kilpailut Aston Martinin ja Matran autoilla päättyivät keskeytyksiin.