W sezonie 2016 Bottas raz ukończył wyścig na podium – w Grand Prix Kanady, gdzie był trzeci. Sześciokrotnie kończył wyścigi bez punktów i dwukrotnie nie dojeżdżał do mety. Ostatecznie zdobył 85 punktów, co w rezultacie dało mu ósme miejsce w klasyfikacji generalnej. thumb|Valtteri Bottas podczas testów przedsezonowych w bolidzie Mercedes AMG F1 W08 EQ Power+ (2017) Na sezon 2017 po zakończeniu kariery przez Nico Rosberga został nowym kierowcą zespołu Mercedes. 15 kwietnia podczas Grand Prix Bahrajnu Bottas zdobył swoje pierwsze pole position w karierze. W następnym wyścigu w Rosji Fin odniósł swoje pierwsze zwycięstwo.
Sezon 2019 był bardzo dobry w wykonaniu Bottasa, przynosząc mu 4 zwycięstwa, 7 razy drugie miejsce i 4 razy trzecie miejsce. Dobra dyspozycja w pozostałych zawodach i tylko 2 nieukończone wyścigi przyniosły mu pierwszy tytuł wicemistrza świata.
W sezonie 2020, ze względu na pandemię Covid-19 oraz bardzo solidną dyspozycję zespołowego partnera - Lewisa Hamiltona, zdołał wygrać tylko 2 wyścigi, 6-krotnie kończył na drugim miejscu oraz 3-krotnie był trzeci.