2024: Debiutancki sezon mały|Rafael Villagómez na torze Red Bull Ring W styczniu 2024 ogłoszono, że Villagómez przeniesie się do Formuły 2 na sezon 2024, gdzie wystartuje w zespole Van Amersfoort Racing z Enzo Fittipaldim. Pierwsze punkty zdążył zdobyć już w drugiej rundzie podczas wyścigu głównego na torze Jeddah Corniche Circuit. Następnie w niedzielnym wyścigu w Australii zajął siódme miejsce. Na kolejną zdobycz punktową musiał czekać aż do rundy na Węgrzech, gdzie w wyścigu głównym był dziesiąty. Podczas rundy we Włoszech zdołał zająć 8. miejsce w niedzielnym wyścigu. Do końca sezonu już ani razu nie zameldował się w punktowanej strefie, co przełożyło się na zdobycie w ciągu sezonu 13 punktów i zajęcie 24. miejsca w klasyfikacji kierowców.
2025: Pierwsze podia mały|Rafael Villagómez na torze Autodromo Enzo e Dino Ferrari W sezonie 2025 pozostał w zespole z Holandii, a jego nowym partnerem został John Bennett, świeżo upieczony wicemistrz GB3 Championship. Podczas sprintu w Bahrajnie zdobył punkty w sezonie, zajmując 6. miejsce. Po zajęciu dziewiątego miejsca na ulicach Monako w głównym wyścigu, po raz pierwszy w Formule 2, stanął na podium za zajęcie 3. miejsca w wyścigu sprinterskim w Barcelonie. W SIlverstone był dziesiąty w głównym wyścigu. Pomimo tego, iż startował z 16.