Vettel 2009-re a Red Bull Racing-hez igazolt, ahol a pályafutását befejező David Coulthard helyét töltötte be, csapattársa pedig Mark Webber lett. Az RB5 kódnevet viselő autó meglehetősen jól sikerült, de ennek ellenére Sebastiannak az első két versenyt nem sikerült befejeznie. Az ausztrál nagydíjon az utolsó körökben összeütközött Robert Kubicával, majd a falnak csapta autóját, ettől kiszakadt a bal első kerék. Ekkor pályára küldték a biztonsági autót. Sebastian úgy gondolta, hogy így talán teljesíteni tudja a hátra lévő néhány kört, azonban mivel 3 keréken igen lassú volt, ezért inkább feladta a futamot. A Kubicával való ütközése miatt pedig a következő versenyre 10 helyes rajtbüntetéssel sújtották.

A rajtbüntetés miatt nem túl nagy reményekkel utazott a maláj nagydíjra. A futam közben leszakadt az ég, így Sebastian esélyei a pontszerzésre megnőttek. Az eső egyre jobban esett, autóján pedig intermediate gumik voltak. Az egyik kanyarban annyi víz gyűlt össze, amennyit a kopott gumik már nem bírtak kiszorítani, így autója felúszott, és megpördült, majd a lefulladást gátló automatika nem lépett működésbe, és autója lefulladt. A kínai nagydíjon ismét eső fogadta a mezőnyt. Itt Vettel végig magabiztosan vezette a versenyt, és rajt cél győzelmet aratott. Ezzel megszerezte csapata első győzelmét, ami ráadásul egyből kettős győzelem lett, ugyanis csapattársa, Mark Webber a második helyen ért célba. A Bahreini és spanyol nagydíjon is esélye volt a győzelemért harcolni, ám mindkét alkalommal beragadt Felipe Massa mögé, aki a rajtnál a KERS-nek köszönhetően meg tudta előzni őt. A spanyol nagydíj érdekessége volt, hogy néhány körrel a vége előtt Massával közölték, hogy amennyiben nem vesz vissza, nem lesz elég üzemanyaga a verseny végéig. Így kénytelen volt elengedni Sebastiant, aki ezek után az utolsó néhány körben körönként 2 másodperccel futott jobb köröket, mint bárki a mezőnyben. monacói nagydíjra nem utaztak nagy reményekkel, a csapatfőnök, Christian Horner szerint sem feküdt a pálya az RB5-ös konstrukciónak, és ezen az sem segít, hogy a gyárból megkapták a dupla diffúzort. Sebastian a lágyabb keverékű gumikkal rajtolt, amik azonban nem bírták sokáig, és ketten is megelőzték. A boxkiállása után néhány körrel elfékezte magát a Sainte Devote kanyarban, és falnak csapta a versenygépét. Május 31-én Sebastian Olaszországban egy díjátadó ünnepség keretein belül átvehette a Lorenzo Bandini trófeát, amit még a 2008-as olasz nagydíj-on nyújtott teljesítményéért kapott.

A török nagydíjon pole pozícióból vágott neki a futamnak. Bár az első kanyarban elsőként fordult, ezután hibázott és Button megelőzte. A 3 kiállásos taktikát folytatva a 2. helyért harcolt még az utolsó 5 körben is, amikor a csapat lassításra intette, így a 3. helyen fejezte be a versenyt. A brit nagydíjtól kezdve megváltoztak az erőviszonyok a Red Bull és Brawn GP között, Vettelé lett a pole Barrichello és Webber előtt. A rajt után vezetését megtartva gyorsan növelte előnyét, míg csapattársa a Brawnt megelőzve a második helyre jött fel, így a Red Bull második kettős győzelmét aratta. A pontversenyt vezető Button csak a 6. lett és az elkövetkező versenyeken is csak a pontszerző helyek végén ért célba.

A német nagydíjon Mark Webber a pole-ból indulva, áthajtásos büntetésének ellenére is győzött, míg Vettel a 4. helyről indulva második lett. Az első két helyen végző Red Bullok mögött Button és Barrichello csak az 5. és 6. helyen ért célba. A Hungaroringen a német a 2. helyről indult, de felfüggesztési hiba miatt kiesett, míg Webber harmadik lett. A Valenciában az első boxkiállásoknál a tankolócső hibája miatt még egyszer ki kellett állnia üzemanyagért, így az 5. pozícióból a 15.-re esett vissza, majd a szombati szabadedzéshez hasonlóan ismét elfüstölt a Renault-motor autójában.

A Belgiumban csak a 8. helyről indult, de a verseny végére a harmadik helyre ért fel, míg riválisai közül csak Barrichello szerzett pontot (7. hellyel). Az olasz nagydíjon egyik Red Bull sem tudott jól szerepelni: Vettel a 9. helyről indult csapattársa előtt, majd a futamon az utolsó pontszerző 8. helyen ért célba, miután Hamilton hibázott az utolsó körben. A Brawn GP hosszú idő után ismét kettős győzelmet aratott Barrichello-Button sorrendben. A szingapúri nagydíjon a második helyről indulva jó esélye volt a futamgyőzelemre, de a rajtnál Nico Rosberg megelőzte, majd a bokszutca-áthajtásos büntetést kapott, mivel egyik kiállásánál túllépte a maximális bokszutcai sebességet. Vettel így a dobogóra sem tudott felállni, 4. lett. Csapattársa, aki 4. versenye óta nem szerzett pontot, elveszítette esélyét a világbajnoki címre. Japánban Vettel az élről indulva magabiztosan győzött, matematikai esélyét megtartva a világbajnoki címre: hátrányát 25 pontról 16-ra csökkentette a pontversenyt vezető Buttonnal szemben. A brazil nagydíj Sebastian számára nem kezdődött jól, ugyanis az esős időmérőn csak a 16. helyen végzett. A futamon a 15. helyről indulhatott, ugyanis az előle induló Liuzzi váltócsere miatt 5 rajthelyes büntetést kapott. A versenyen szenzációs vezetéssel, és jó boxstratégiával egészen a 4. helyig jutott. Világbajnok ugyan már nem lehet, de ezzel a negyedik hellyel előrelépett a VB pontverseny második helyére. Az első abu-dzabi nagydíj időmérő edzésén Sebastian a második helyet szerezte meg, míg legfőbb riválisa, Rubens Barichello csak a negyedik helyet. A versenyen a rajt jól sikerült, és bár az élről induló Hamilton-t nem sikerült megelőznie, tartani tudta vele a lépést. Az első boxkiállás alkalmával sikerült is megelőznie, és innentől kezdve végig vezette a versenyt. Így a vb-pontversenyben megszerezte a második helyet.