2009 sezonunun başında, David Coulthard'ın yerini alarak, Mark Webber ile beraber Red Bull Racing takımının pilotu oldu. Sezonu 4 galibiyetle Jenson Button'un arkasında 2. tamamladı. 2010 sezonunda ise Scuderia Ferrari'den Fernando Alonso ile şampiyonluk savaşı verdi ve bunu son yarış olan 2010 Abu Dabi Grand Prix'sine kadar taşıdı. O yarışı kazanan Vettel, Renault'tan Vitaly Petrov'un arkasına takılan ve onu bir türlü geçemeyen Fernando Alonso'nun önünde F1 tarihinin en genç şampiyonu unvanı ve ilk şampiyonluğunu kazanmıştır. 2011 sezonunda ise Vettel tamamen domine etti. 19 yarıştan 11'ini kazanan Sebastian Vettel 2. Dünya Şampiyonluğunu kazanıyor ve idolü olan Michael Schumacher'in izinden gidiyordu. 2012 sezonu ise geçen sezona göre daha rekabetçi geçti. Son yarış olan 2012 Brezilya Grand Prix'ine en yakın rakibi olan Fernando Alonso'nun 13 puan önünde gelmişti. Ama yarış hiç istediği gibi başlamayan Vettel ilk turlarda temas yaşadı ve en geriye düştü. Alonso yarışı 2. bitirdi ve şampiyonluğa çok yakındı ama son turlarda harika bir iş çıkaran Vettel yarışı 6. bitirdi ve Alonso'nun 3 puan önünde 3. Dünya Şampiyonluğunu kazandı. 2013 sezonu ise Red Bull Racing'deki ve kendi adına 4. ve son şampiyonluğunu büyük bir üstünlükle 19 yarışın 13'ünü kazanarak aldı. 2014 sezonunda Turbo Hybrid çağına geçilmişti ve Mercedes büyük bir üstünlük kurarak 4 yıl süren Red Bull Racing ve Sebastian Vettel dominasyonuna son vermişti. O sezon hiç galibiyet alamayan ve sadece 4 kez podyuma çıkan Vettel sezonu 167 puanla 5. bitirmişti.