Pomimo tego, Leclerc został najlepszym debiutantem serii i zwrócił uwagę zespołu Scuderia Ferrari, która przyjęła go do Akademii Kierowców Ferrari od początku 2016 roku.
W listopadzie 2015 roku podczas Grand Prix Makau, zajął drugie miejsce za weteranem Formuły 3, Szwedem Felixem Rosenqvistem.
Seria GP3 thumb|Leclerc jako kierowca testowy Haasa na torze Silverstone (8 lipca 2016)
W sezonie 2016 Leclerc podpisał kontrakt z francuskim zespołem ART Grand Prix (współzałożycielem zespołu był jego menadżer Nicolas Todt) i rozpoczął starty w serii GP3. Jego partnerami w zespole byli: Holender Nyck de Vries, Japończyk Nirei Fukuzumi i reprezentant Tajlandii Alexander Albon. Leclerc rywalizował o zwycięstwo w klasyfikacji generalnej z Albonem. Wygrał dwa wyścigi, na torze de Barcelona-Catalunya oraz Monte Carlo, a następnie w przeciągu kolejnych siedmiu wyścigów czterokrotnie meldował się na podium. Ostatnie zwycięstwo odnotował po dominacji na belgijskim torze Spa-Francorchamps. Podczas dwóch kolejnych weekendów startował w wyścigach z pole position i utrzymywał się na pozycji lidera w klasyfikacji generalnej. Ostatnie podium sezonu odnotował w pierwszym starcie na torze Sepang.