W roku 2010 skupił się wyłącznie na startach we włoskim cyklu F3. Dobra współpraca z zespołem Lucidi Motors, zaowocowała tytułem wicemistrzowskim. W ciągu szesnastu wyścigów, ośmiokrotnie stawał na podium, z czego cztery razy na najwyższym stopniu.
Formuła Renault 3.5 W 2011 roku awansował do Formuły Renault 3.5. W barwach International Draco Racing Monakijczyk zaliczył trudny debiut, w którym odnotował tylko jedno punktowane miejsce. W pierwszym wyścigu, na torze Monza, dojechał na siódmej lokacie. Ostatecznie rywalizację zakończył na 19. miejscu.
Seria GP2 W sezonie 2011 Stephane zastąpił w ekipie Trident Racing kontuzjowanego Stefano Colettiego w ostatniej rundzie na włoskiej Monzy. Rok później był już etatowym kierowcą włoskiej stajni. Richelmi czterokrotnie sięgał po punkty, a podczas sobotniej rywalizacji, na niemieckim torze Hockenheimring, stanął na najniższym stopniu podium. Zdobyte punkty sklasyfikowały go na 18. lokacie.
W kolejnym roku startów podpisał kontrakt z mistrzowską ekipą DAMS. W ciągu 22 wyścigów, w których wystartował, raz stanął na podium oraz raz wywalczył pole position. Z dorobkiem 103 punktów uplasował się na ósmej pozycji w klasyfikacji generalnej.