1997年、フレンツェンは前年のワールドチャンピオンであるデイモン・ヒルに代わりウィリアムズに加入した。第4戦サンマリノGPで初優勝、第5戦モナコGPで初のポールポジションを獲得し、終盤には5戦連続表彰台フィニッシュを果たす活躍を見せた。シューマッハの成績除外によりシリーズランキング2位となったが、ワールドチャンピオンを獲得したチームメイトのジャック・ヴィルヌーヴに比べると見劣りがしたのも事実であった。翌1998年はルノーエンジンを失ったこともありヴィルヌーヴ共々精彩を欠いたシーズンとなり、フレンツェンはわずか2シーズンでチームを去ることとなった。
1994年、ジュニアチーム時代の監督ペーター・ザウバーが興したザウバーからF1デビューを果たした。デビュー戦のブラジルグランプリでは、初体験となるセミオートマチックトランスミッションを難なく使いこなして予選5位を獲得した。参戦2年目のチーム、初めてのサーキットでのデビュー戦で、アイルトン・セナ、シューマッハ、ジャン・アレジ、デイモン・ヒルに次ぐポジションは周囲を驚かせた。セナがサンマリノGPで事故死した後、その代役としてウィリアムズチームからオファーを受けたが、折悪しく翌戦のモナコGPにてチームメイトのヴェンドリンガーが瀕死の重傷を負ったことから、せっかく自分をF1へステップアップさせてくれた恩義に背くわけにはいかないとして、この時は断ることとなった。シーズン中4戦で入賞し、日本GPでは予選3位を獲得した。1995年はメルセデスの支援を失ったチームでエースとして活躍し、17戦中8戦でポイントを獲得。イタリアGPではチームの初表彰台（3位）を獲得した。3年目の1996年は入賞3回、リタイア9回と不本意なシーズンとなった。
1992年、国際F3000のシートを失い、スポーツカーレースに参戦していたフレンツェンに転機が訪れる。全日本F3000にノバエンジニアリングから参戦していたフォルカー・ヴァイドラーが突発性難聴でシーズン途中に帰国した（その後引退）。ヴァイドラーは後任として同郷のフレンツェンを起用するよう、ノバ監督の森脇基恭に進言。フレンツェンは1992年終盤戦から1993年にかけて全日本F3000に参戦し、ミカ・サロやエディ・アーバインらと「F1予備軍」として競い合った。1993年の第3戦MINEでは、ヘビーウェットコンディションの中で他のドライバーよりも1周あたり5秒速いペースで独走し、結果的にリタイアしたものの、日本のレース界に強い印象を残した。第8戦菅生では星野一義がその走りに衝撃を受け、予選後に自らピットに赴いて「お前はこんなところでくすぶっていないで早くF1に行け」と激励したこともあった。1993年の成績はポールポジション1回、表彰台1回、ファステストラップ2回でランキング9位。速さは誰もが認めるところでありながら、全日本チャンピオンを獲得することはできなかったため、1993年の終盤、翌年のフレンツェン起用を決めていたペーター・ザウバーから、「彼は何が悪いのか?」、「彼の走りはどういう部分が問題なのか?」としきりに問われたと、森脇は1994年シーズン開幕直前のテレビ番組にて語っている。しかし、森脇の指導の甲斐もあってか、「特殊」で知られ外国人ドライバーの誰もが苦労する全日本F3000の国産タイヤを結果的に見事に使いこなした。
ドイツのグリム兄弟の『グリム童話集』に触発され、高等学校に在籍中の1845年頃から、友人マグヌース・グリームソン牧師と共同で民話収集をおこない、『アイスランドの民話』 （Íslenzk ævintýri, 1852年）として発表した。この小冊子は反響が乏しく、続篇を発表する目途が立たずに、ひところ収集熱も醒めていた。しかしゲルマン学者コンラート・マウラーが1858年が、自著の取材のためアイスランドを訪問した際に二人を激励し、収集が再開された。マグヌースの死去後（1860年）、単独で収集を完成。成果の一部は、2巻本『アイスランドの伝説と民話』　（Íslenzkar Þjóðsögur og Æfintýri, 1862/1864年）としてドイツの ライプツィヒ でに刊行された 。しかし残りすべての資料も補完した完全版（全6巻）の出版は、1世紀近く後の1954～61年を待たねばならなかった。日本では、菅原邦城による62話の抄訳『アイスランドの昔話』（1979年）、谷口幸男によるドイツ語からの重訳『世界の民話‹32›アイスランド』が訳出されている。また、ドイツ訳にヨーゼフ・ポエスチオン編『アイスランドお伽噺集』（Islandische Märchen, 1884年）がある。谷口の重訳もこれを原本とする。古くは巌谷小波編「王取王子」がこのドイツ訳経由である。のちにマルガレッテ・レーマン＝フィルヘス (Margarethe Lehmann-Filhés)が、ポエスチオンとは重複しない220話を撰したドイツ訳のアイスランド民話集（1889年）を発表した。他にもジョージ・E・J・パウエル（1842-82年）とエイリクル・マグヌソンの共訳(英訳)があり、全2巻でそれぞれ66話、80話を所収する。ヨウンとマグヌスの2人には、みずから遊歴して民話を採集するいとまもゆとりもなかったので、教え子たちやその他の人脈をたどって民話を書記したものを送ってもらっていた。またいずれかが文章に「手を加えた」ともされているが、些細な変更であった。アイスランドは、当時のヨーロッパにしては学歴や社会層の格差が小さく、均一にサガ風の文体を敬愛していた国柄なので、文章の作風にもさほどの相違はなかったのである。他にもマルティン・ルター伝記（1852年）、カール大帝伝記（1853年）、恩師 スヴェインビョルン・エギルソンの作品集・伝記（1855-56年）、『アイスランドのなぞなぞ、笑い話、ヴィーキヴァーキ、シュールル』（Íslenzkar gátur, skemmtanir, vikivakar og þulur 全4巻。1887-1903年）等を執筆している。