28 listopada 2014 roku, 20-letni Hiszpan został ogłoszony nowym kierowcą zespołu Scuderia Toro Rosso w sezonie 2015. Jego partnerem zespołowym został 17-letni Holender Max Verstappen, tworząc tym samym najmłodszy zespół kierowców w stawce. Sezon 2015 Formuły 1 rozpoczął dziewiątym miejscem w debiutanckim wyścigu w Grand Prix Australii. Na 19 wyścigów zdobywał punkty siedmiokrotnie i nie ukończył również siedmiu z nich głównie z powodu awarii bolidu. W październiku 2015 roku podczas trzeciej sesji treningowej przed Grand Prix Rosji 2015 stracił panowanie nad bolidem i z impetem uderzył w bariery. Nie doznał poważnych obrażeń i wziął udział w niedzielnym wyścigu, choć go nie ukończył. W bezpośredniej rywalizacji z Verstappenem zajmował lepsze miejsce w 10 z 19 kwalifikacji, ale przegrał w klasyfikacji generalnej którą zakończył na 15. miejscu z dorobkiem 18 pkt.
Sezon 2016 był dla Hiszpana bardziej udany niż poprzedni. Zdobył 46 punktów i zajął 12. miejsce w klasyfikacji generalnej, punktował w 10 z 21 wyścigów notując dobre rezultaty szczególnie w pierwszej części sezonu.