I 2007 startet Vettel sesongen i Formel Renault 3,5 liter for Carlin. På de syv første løpene fikk han en seier og fire pallplasseringer, og ledet mesterskapet. Ettersom han hadde fått et fast førersete i Formel 1-teamet Toro Rosso forlot han mesterskapet etter det syvende løpet, men de 74 poengene han allerede hadde var likevel nok til at han ved sesongslutt lå på femteplass sammenlagt, blant annet foran sin teamkollega Mikhail Aljosjin, som kjørte hele sesongen og kom på tolvteplass med 44 poeng.