2010年10月4日、F1チームのザウバーはセルジオ・ペレスを2011年の正ドライバーとして起用した事を発表した。又、このリリースと同時にペレスのレースキャリアで深い関わりのあるメキシコの大手通信企業テルメックスが2011年よりザウバーのスポンサーを行うことを発表した。また、フェラーリ・ドライバー・アカデミー(FDA)に加入することになった。迎えた開幕戦オーストラリアGPでは、予選は13番手に終わるものの、決勝では他のドライバーが2ストップあるいは3ストップ作戦の中、唯一1ストップで完走。見事7位に入賞し周囲を驚かせるが、マシンのリアウィングの車両規定違反が発覚。チームメイトで8位に入賞した小林可夢偉と共に失格処分となってしまった。第5戦スペインGPでは初入賞となる9位で予選においても決勝でも小林よりも良い順位で完走を果たした。第6戦モナコGPでは木曜フリー走行から好タイムを叩き出し、予選でも自身初となるQ3進出を決めた。しかし、トンネルを抜けた後のヌーベルシケインの手前の路面バンプを拾ってしまい、これによってバランスを著しく崩してウォールに激突。そのまま時速260km/hを保ったままスライドした状態で、ヌーベルシケインにあるスポンジバリアに側面から激突する。予選は赤旗中断となり、ペレスの容態も心配されたが脳震盪と脚に捻挫を負ったのみの軽症で済んだが、40G以上の強い衝撃と脳震盪を受けた事で欠場となった。第7戦カナダGPには出場する予定となっていたが、金曜フリー走行1を終えた時点で体調不良を訴え、金曜フリー走行2以降のセッションを欠場した。結局この年は、予選ではチームメイトの小林を圧倒したものの、決勝ではミスも多く、ポイントでは小林の30ポイントに対して14ポイントにとどまった。
その後、2008年から2009年のGP2アジアシリーズに参戦。GP2シリーズでは強豪として数えられていたカンポス・レーシングから出走し、優勝2回を獲得し、シリーズ7位となった。2009年のGP2シリーズではアーデン・インターナショナルに移籍しシリーズ12位。2009年から2010年のGP2アジアシリーズにはバルワ・アダックス・チームから参戦したが、5ポイントのみの獲得に終わった。しかし、2010年のGP2シリーズではパストール・マルドナドとチャンピオン争いを繰り広げ、モナコの第1レースで優勝を果たすなど5勝を収めたが、マルドナドに16ポイント引き離されシリーズ2位に終わった。
2005年にベルリンへ渡り、ドイツフォーミュラ・BMWに参戦。ケケ・ロズベルグが構えるチーム・ロズベルグにてシリーズ14位。2006年はADACベルリン・ブランデンブルクチームに移籍しシリーズ6位の戦績で終えた。2006年から2007年のA1グランプリで2戦のみA1チーム・メキシコからスポット参戦したもののノーポイントに終わった。2007年よりイギリスF3ナショナルクラスに参戦し、21戦中14回のポールポジションと14勝を記録し圧勝でチャンピオンを獲得した。翌2008年はイギリスF3メジャークラスへと昇格し、優勝4回を記録してシリーズ4位となった。
1997年よりカートを始め、メキシコ国内の様々なカテゴリのカートレースに参戦した。2003年には国内最高峰である125ccカート選手権で3位の成績を収めた。兄弟揃ってカルロス・スリムがCEOを務めるテルメックスグループから支援を受け、その後のレースキャリアにおいて深い関係を築いた。2004年よりテルメックスがレーシングチームを置くカテゴリの1つであるSkip Barber National Championshipから出走し、シリーズ11位となった。
1993年の開場当初、茨城県立カシマサッカースタジアムの収容人員は15,000人だったが、その後立見席を設けたため収容人員は約16,000人となった。だが、茨城県は2002 FIFAワールドカップ（W杯）の開催地として立候補しており、茨城県立カシマサッカースタジアムを開催会場とすることも決まっていたことから、スタジアムの処遇を検討する必要に迫られた。1995年5月31日に茨城県からW杯日本招致委員会に提出された第3次（最終）開催計画では、すでにスタンドを40mの高さの2層式にして収容人数を1万5千人から4万3千人にするほかプレスゾーンも拡大し、観客席の3分の2に屋根を被せて屋根下に照明を整備する内容とされた。既存の茨城県立カシマサッカースタジアムを継続使用しながら増築する場合、安全上の問題が生じ消防法に抵触する恐れがあることから、一時はスタジアムを新規に建設する事も検討された。W杯の茨城県開催に向けてカシマサッカースタジアムの改修か新設かを検討していた、斉藤義則茨城大学教授などの有識者らで構成する「カシマサッカースタジアム整備検討委員会」は、1996年12月19日に最終報告書を橋本昌茨城県知事へ提出し、検討委員会が示した報告書の中で「改修」「新設」の両論を併記し、それぞれの利点や課題について述べられたが、委員会としての結論は下さず最終判断は知事にゆだねた。これを受けた橋本知事は、新規建設の場合は建設コストが多額に及ぶことや、旧スタジアムを鹿嶋市へ譲渡・移管した場合に、鹿嶋市側の受入費用・スタジアム維持費用捻出が対応しきれないとの鹿嶋市内部の判断があったことを理由に、同年12月27日に既存の茨城県立カシマサッカースタジアムを増築することを表明し、1998年より着工して2001年開催にされるW杯プレ大会であるFIFAコンフェデレーションズカップ2001までに完成させる予定を発表した。改築事業は1998年10月から2年8カ月間に及び、設計は日建設計、建築工事は竹中工務店、住友建設、勝村建設、常総開発工業、岡部工務店の5社による共同企業体 (JV) が施工を担当し、初めの2年間は試合のない冬場を中心に工事が行われた。アントラーズはこの間茨城県を離れ、ホームゲームを東京都新宿区の国立霞ヶ丘陸上競技場（国立競技場）などで行った。当時、茨城県内でJリーグ ディビジョン1（J1）の基準を充足する施設は茨城県立カシマサッカースタジアムしかなかった。また、当時水戸ホーリーホックがホームゲームを行っていた那珂市の笠松運動公園陸上競技場は2002年に開催予定だった全国高等学校総合体育大会（インターハイ）に合わせ改修中であり、水戸市立競技場、ひたちなか市総合運動公園陸上競技場はJリーグ ディビジョン2（J2）規格も満たしていなかった。