Zdobyte doświadczenie zaowocowało w sezonie 2015. Belg zdominował sezon, od początku nadając ton rywalizacji. W klasyfikacji generalnej zdobył aż 341,5 punktu (drugi Alexander Rossi uzyskał ich 181,5). Prezentował przy tym bardzo dużą skuteczność, gdyż 16 z 21 startów kończył na podium, z czego siedmiokrotnie na najwyższym jego stopniu (we wszystkich przypadkach triumfował w głównym wyścigu). Poza tym pięciokrotnie sięgał po pole position oraz siedmiokrotnie odnotował najszybsze okrążenie wyścigu. Tym samym Belg pobił wszelkie rekordy serii i zabrakło tylko dogodnej sytuacji do zdobycia dubletu w jeden weekend. Mistrzostwo zapewnił sobie na dwie rundy (czyli cztery wyścigi) przed końcem sezonu, co tylko potwierdza hegemonię Belga.
Formuła 1 thumb|Stoffel Vandoorne podczas Grand Prix Bahrajnu w bolidzie McLaren MP4-31 (2016) W 2016 roku podczas Grand Prix Bahrajnu zadebiutował w Formule 1, zastępując Fernando Alonso, który w wypadku doznał obrażeń w pierwszej rundzie w Grand Prix Australii.
Wyniki Formuła Renault 3.5
Rok Zespół Wyniki w poszczególnych eliminacjach Punkty Pozycja 2013 Fortec Motorsport ITA ITA ARA ARA MON BEL BEL RUS RUS AUT AUT HUN HUN FRA FRA CAT CAT 181 2 1 3 8 3 9 13 1 1 1 NU NU 4 3 2 NU 3 2
GP2