I 2003 gikk Di Grassi til Formel 3, hvor han kjørte i det søramerikanske mesterskapet for Avallone Motorsport. Han avsluttet sesongen på andreplass, med en seier og elleve andre pallplasseringer. Dette til tross for at han måtte stå over de siste seks løpene etter et voldsomt krasj i Curitiba-runden. Han reiste også til Europa for å kjøre fire løp i Formel 3 Euroseries for Prema Powerteam, hvor han fikk en fjerdeplass som beste plassering.