Gw mau tau 2001: Kemenangan lomba perdana dari Ralf Schumacher

Pada ronde pembuka musim  di Australia, Ralf tersingkir setelah bertabrakan dengan pembalap B.A.R., yaitu Jacques Villeneuve, yang mengakibatkan kematian marshal balapan Graham Beveridge. Ralf berhasil mencetak poin pertamanya musim ini dengan finis di posisi kelima di Malaysia, dan kemudian terpelintir di balapan berikutnya di Brasil, yang termasuk tabrakan dengan Rubens Barrichello di awal balapan. Pada ronde berikutnya di Grand Prix San Marino, Ralf start dari posisi ketiga di grid dan memimpin setiap putaran balapan untuk meraih kemenangan pertamanya di dalam ajang Formula Satu. Namun, di tiga balapan berikutnya, Ralf gagal finis.

Ralf kemudian berhasil memenangkan kemenangan karir keduanya di Grand Prix Kanada, dengan saudara laki-lakinya, yaitu Michael, yang finis di posisi kedua, dan hasilnya menandai finis satu-dua yang pertama oleh pasangan saudara kandung. Hasil ini diikuti oleh finis di posisi keempat di Grand Prix Eropa, dan menempati posisi kedua di Prancis. Ia tidak dapat menyelesaikan balapan di Inggris karena mengalami masalah dengan mesin mobilnya. Di Jerman, Ralf berhasil meraih kemenangan ketiga dan terakhirnya di musim ini setelah start dari posisi kedua di grid. Hasil ini menandai performa yang baik saat Ralf mencetak poin dalam tiga dari lima balapan yang tersisa, termasuk finis di posisi ketiga di Italia. Ralf menyelesaikan musim ini di keempat di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Pembalap, dengan 49 poin.

2002: Persaingan ketat dengan sang kakak

Untuk musim , Ralf mengumumkan niatnya untuk memakai kacamata selama musim mendatang untuk meningkatkan penglihatannya. Keputusannya dipengaruhi setelah ia terlibat dalam kecelakaan mobil di Autobahn 3 pada saat sedang mengemudi untuk mengunjungi keluarganya. Pada tanggal 14 Januari, Fédération Internationale de l'Automobile (FIA), badan pengawas dan pengatur Formula Satu memberikan izin kepada Ralf untuk memakai kacamata dan pembuat helmnya Schuberth mengembangkan bantalan dengan saluran untuk bingkai kaca.

Musimnya dimulai di Australia dengan kecelakaan di putaran pertama, di mana mobilnya melayang ke udara setelah bertabrakan dengan pembalap Ferrari, yaitu Rubens Barrichello. Dalam balapan berikutnya di Malaysia, Ralf berhasil meraih satu-satunya kemenangan di musim ini. Ia menindaklanjuti hasilnya dengan meraih dua kali podium secara berturut-turut dalam dua balapan berikutnya—tempat kedua di Brasil, dan finis di posisi ketiga di San Marino. Di Grand Prix Spanyol, Ralf melebar di putaran ke-29 saat berada di bawah tekanan dari rekan setimnya, yaitu Juan Pablo Montoya, dan akhirnya tersingkir karena mengalami kegagalan mesin pada mobilnya, meskipun ia diklasifikasikan finis di urutan ke-11. Ia berhasil mengamankan poin dua kali secara berturut-turut dalam dua balapan berikutnya dengan finis di atas podium di Monako. Ia mengikuti hasil ini dengan finis di delapan balapan berikutnya, termasuk dua kali finis di posisi ketiga secara berturut-turut di Jerman dan Hungaria. Ralf menutup musim ini dengan finis tanpa poin di tiga putaran terakhir, termasuk tersingkir di Amerika Serikat. Untuk musim kedua berturut-turut, Ralf harus puas finis di posisi keempat di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Pembalap, dengan 42 poin.

2003: Kemenangan lomba ganda di tengah musim

Pada musim , Ralf kembali berkompetisi dengan tim Williams bersama dengan Montoya. Ia tidak dapat mengambil bagian dalam sesi pengujian musim dingin pada bulan Januari, sebelum musim dimulai karena mengalami bsakit punggung yang berulang, meskipun ia kemudian kembali lagi pada bulan Februari. Ia mengalami paruh pertama musim yang baik: mencetak poin dalam tujuh balapan pembuka dan meraih podium pertamanya musim ini dengan finis di posisi kedua di Kanada. Ralf mendukung hasil tersebut dengan meraih dua kemenangan secara berturut-turut di Grand Prix Eropa dan Grand Prix Prancis. Ia berhasil finis di urutan kesembilan di Inggris. Di Grand Prix Jerman, Ralf tersingkir pada putaran pertama balapan setelah bertabrakan dengan Rubens Barrichello dan Kimi Räikkönen, di mana ia menerima hukuman turun 10 posisi start untuk balapan berikutnya. Tim Williams berhasil mengajukan banding atas keputusan tersebut, dan Ralf kemudian start dari posisi kedua untuk Grand Prix Hungaria, di mana ia finis di urutan keempat.

Pada sebuah sesi tes yang diadakan di Autodromo Nazionale Monza, Ralf mengalami kecelakaan berkecepatan tinggi, di mana ia mengalami gegar otak. Ia dibawa untuk pemeriksaan pencegahan di pusat medis sirkuit, sebelum dia dipindahkan ke Rumah Sakit San Rafaele. Meskipun ia telah berpartisipasi dalam sesi kualifikasi pertama lomba Grand Prix Italia, Ralf memutuskan untuk mundur dan tempatnya digantikan oleh pembalap tes Marc Gené. Ia kembali lagi untuk membalap di Grand Prix Amerika Serikat, di mana ia tersingkir setelah mengalami kecelakaan akibat mobilnya meluncur di permukaan lintasan yang basah. Pada balapan terakhir musim ini di Jepang, Ralf finis di urutan ke-12 meskipun mobilnya sempat melintir sebanyak tiga kali. Ia menyelesaikan musim ini di posisi kelima di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Pembalap, dengan 58 poin dan membantu tim Williams meraih posisi kedua di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor.

2004: Musim terakhir bersama dengan tim Williams

Ralf tetap bertahan bersama dengan tim Williams untuk musim , dan terus bermitra bersama dengan Montoya. Ralf mencoba untuk ambisius di untuk musim ini, dengan mengatakan bahwa: "Saya dapat mengatakan bahwa kami akan datang dengan mobil yang akan kompetitif sejak balapan pertama di musim baru nanti". Ia membuat awal yang baik untuk musimnya dengan finis di posisi keempat di lomba pembuka musim di Australia, meskipun ia tersingkir dari balapan berikutnya di Malaysia karena mengalami kegagalan mesin pada mobilnya. Ia berhasil mengamankan posisi ketujuh berturut-turut di dua ronde berikutnya, sebelum finis di luar zona poin di Monako. Selanjutnya, Ralf terpaksa tersingkir pada putaran pertama Grand Prix Eropa karena tabrakan. Di Grand Prix Kanada, Ralf berhasil meraih pole, dan melanjutkan untuk finis di posisi kedua dalam balapan keesokan harinya, tetapi kemudian terkena hukuman didiskualifikasi karena pelanggaran teknis pada saluran rem mobilnya.

Di Grand Prix Amerika Serikat, Ralf mengalami cedera serius dalam sebuah kecelakaan yang terjadi pada putaran kesembilan balapan. Deselerasi diukur pada 78 g (765 m/s²), dan mengakibatkan gegar otak serta dua patah tulang kecil pada tulang belakangnya. Ralf terpaksa melewatkan enam balapan berikutnya. Pembalap cadangan Marc Gené menggantikan posisinya untuk balapan di Prancis dan Inggris, dengan Antônio Pizzonia yang mengambil alih peran ini untuk empat balapan berikutnya. Pada bulan Juli, Ralf menandatangani kontrak tiga tahun dengan tim Toyota. Ia lulus tes kesehatan untuk bisa turun di Grand Prix Italia, tetapi akhirnya baru bisa kembali untuk Grand Prix Tiongkok, di mana ia tersingkir karena terlibat insiden. Ralf menindaklanjuti hasilnya dengan finis di tempat kedua di Jepang, dan tempat kelima di lomba penutup musim di Brasil. Ia menyelesaikan musim ini di posisi kesembilan di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Pembalap dengan 24 poin.