Drugi rok startów w głównej edycji również okazał się lepszy, aniżeli jego partnera. W przeciwieństwie do poprzedniego sezonu, tym razem to w pierwszej połowie cyklu notował lepsze wyniki (trzy miejsca na podium w ciągu czterech startów). Nie był jednak w stanie walczyć o tytuł. Głównym powodem ponownie okazał się brak stabilnej formy ekipy DAMS. Nie zmieniło to jednak faktu, iż zajął w generalce wyższą, 9. pozycję, z dorobkiem 29 punktów.
Po braku udziału w zimowej edycji GP2, d’Ambrosio z nadziejami oczekiwał sezonu 2010. W wyniku przeciętnych i nierównych osiągów samochodu, Belg tylko pięć razy dojechał na punktowanej pozycji. Dodatkowo w wyniku politycznych spraw zespołu, został zastąpiony przez Francuza Romaina Grosjeana, w jednej rundzie, na niemieckim torze Hockenheimring (miało to na celu porównanie osiągów obu kierowców, względem Chińczyka Ho-Pin Tunga). Najlepiej zaprezentował się podczas niedzielnych zmagań, na ulicznym obiekcie w Monako, gdzie odniósł pierwsze zwycięstwo w karierze. Po raz drugi i ostatni na podium, w tym roku, stanął ponownie w niedzielę, na włoskim torze Monza, gdzie zajął drugie miejsce. W tym sezonie Jerome po raz pierwszy zdobył również pole position, a miało to miejsce na belgijskim obiekcie Circuit de Spa-Francorchamps (nie dojechał jednak do mety).