I 1966 gikk han fra motorsykler til bilsport, og kunne raskt notere seg en seier i langdistanseløp. I 1967 ble han den første europamester i Formel 2 i en Matra MS7-Cosworth. Sin første deltakelse i et Formel 1-løp fikk han i 1966, da han kjørte en Formel 2 Matra MS6-Cosworth for Ken Tyrrells team i Tysklands Grand Prix på Nürburgring, hvor Formel 1- og Formel 2-biler kunne kjøre samtidig på den lange banen. Også i 1967 kjørte han for Ken Tyrrell på Nürburgring, før han senere samme år fikk sin egentlige Formel 1-debut, da han kjørte for Cooper-Maserati i Italias og USAs Grand Prix. På Monza kom Ickx på sjetteplass og tok med det sitt første mesterskapspoeng.