2010 m. gruodžio 21 d. "Virgin Racing" patvirtino, kad d'Ambrosio lenktynės komandos vardu. Per savo pirmąsias 13 lenktynių komandos vardu d'Ambrosio baigė 11 iš jų, o vienintelė išvada buvo Malaizijoje dėl problemų su automobilio elektronika ir
Italijoje dėl pavarų dėžės problemų. Jo geriausias rezultatas yra dvi 14-osios vietos Australijoje ir Kanadoje. Savo namų lenktynėse, Belgijos Grand Prix, jis baigė 17-uoju, nugalėdamas savo komandos draugą Timo Glocką.