IRL IndyCar Series Sezon 2008 kontynuował w zespole Newman/Haas/Lanigan Racing. Jednak w związku z połączeniem się serii Champ Car i Indy Racing League, wystartował w serii IndyCar, która jest efektem tego połączenia. Nie wystartował w pierwszym wyścigu sezonu na torze w Homestead z powodu wypadku na treningu, jego zespół nie zdążył na czas naprawić samochodu. Tak więc swój debiut w tej serii zaliczył w drugim wyścigu sezonu na torze ulicznym w St. Petersburg i od razu odniósł zwycięstwo. Tym samym po raz kolejny zapisał się w historii, tym razem jako najmłodszy zwycięzca w tego typu wyścigach.
W 2009 roku pomimo braku zwycięstw, jego wyniki się poprawiły. Częściej dojeżdżał do mety, dwukrotnie stanął na podium i ostatecznie zajął 7. miejsce w klasyfikacji generalnej. Po wycofaniu się sponsora w 2010 zespół zwolnił go z kontraktu i Graham musiał zacząć szukać możliwości startów w innych zespołach. Wystartował w 3 wyścigach w zespole Sary Fisher, w Indianapolis 500 zaliczył jednorazowy start w zespole swojego ojca – Rahal Letterman Racing, a następnie wystartował raz w barwach Dreyer & Reinbold Racing.