Jabarkan 2008–2009 dari Williams Grand Prix Engineering

Untuk musim 2008, tim Williams mengumumkan bahwa Nico Rosberg dan Kazuki Nakajima masih tetap dipertahankan oleh tim. Rosberg berhasil bertahan di tim Williams setelah sebelumnya ia sempat digoda untuk pindah ke tim McLaren untuk mengisi kursi kosong yang ditinggalkan oleh Fernando Alonso. Musim 2008 merupakan campuran dari keberhasilan dan kekecewaan untuk tim Williams. Nico Rosberg berhasil memperoleh dua kali podium di Australia dan Singapura, sementara Kazuki Nakajima masih berkutat di barisan tengah dan selalu gagal untuk meraih angka.

Frank Williams mengakui bahwa ia menyesal berpisah dengan BMW, tetapi ia sendiri cukup senang dengan Toyota yang ia klaim memiliki kemampuan luar biasa untuk menjadi pemasok mesin papan atas. Spekulasi mulai berkembang seputar masa depan tim pabrikan Toyota di ajang F1, di mana muncul kemungkinan Toyota akan menutup tim mereka dan beralih menjadi pemasok mesin eksklusif bagi tim Williams. Pada bulan Desember 2008, tim Williams menegaskan komitmen mereka untuk bertahan di ajang F1 setelah pengumuman pengunduran diri dari Honda akibat krisis ekonomi global.

Menjelang akhir tahun , tepatnya di Grand Prix Brasil, tim Williams secara resmi mengumumkan bahwa mereka akan mengakhiri kontrak tiga tahun bersama Toyota dan akan mencari pemasok mesin baru untuk musim 2010.

Kembali memakai mesin Cosworth (2010–2011)

Setelah pemutusan kontrak mereka bersama dengan Toyota, tim Williams secara resmi mengumumkan bahwa untuk Formula Satu musim 2010, mereka akan kembali ke dalam kemitraan "jangka panjang" dengan pabrikan mesin independen Cosworth, dan akan menggunakan versi terbaru dari mesin CA V8 yang pernah dipakai di mobil mereka pada tahun . Tim Williams juga mengumumkan perubahan pembalap untuk musim 2010. Rubens Barrichello bergabung ke tim setelah di musim 2009 ia memperkuat tim Brawn GP, sedangkan juara Seri GP2 musim 2009, yaitu Nico Hülkenberg, dinaikkan pangkatnya dari kursi pembalap tes. Pengganti Hülkenberg di kursi pembalap tes adalah pembalap asal Finlandia, yaitu Valtteri Bottas, yang berada di posisi ketiga di klasemen akhir Formula 3 Euroseries 2009. Sampai musim 2010 berakhir, tim Williams menjadi satu-satunya tim yang mampu meraih angka bersama dengan mesin Cosworth, dengan hasil terbaik yaitu finish di P4 di Valencia yang diperoleh Rubens Barrichello. Rekan setimnya, yaitu Nico Hülkenberg, berhasil meraih posisi pole di Brasil. Namun, di akhir musim, ia akhirnya dipecat oleh tim, sementara posisi Barrichello tetap dipertahankan untuk musim 2011. Awal musim 2011, tim Williams kemudian mengontrak Pastor Maldonado asal Venezuela untuk menemani Barrichello, dan dengan kedatangan Maldonado, maka tim Williams akan mengisi duet pembalapnya dengan orang non-Eropa, untuk yang pertama kalinya sejak tahun , ketika pada saat itu mereka diperkuat oleh Carlos Reutemann dan Alan Jones.

Kembali memakai mesin Renault (2012–2013)

Pada tanggal 4 Juli 2011, tim Williams secara resmi mengumumkan bahwa mereka akan kembali memakai mesin Renault untuk musim  dan , dengan opsi perpanjangan kontrak sampai dengan musim . Tim Williams optimis mereka bisa bangkit kembali menuju baris depan grid, dengan berbekal mesin yang bagus, dan manajemen tim yang sudah dibenahi besar-besaran. Hasilnya langsung terlihat di Grand Prix Spanyol 2012, saat Pastor Maldonado berhasil memenangi balapan. Untuk musim 2013, posisi Bruno Senna digantikan oleh Valtteri Bottas. Tim mencatat prestasi buruk sepanjang musim tersebut, dengan hanya mencatat 5 poin saja.