En 1982 Patrese se mudó a Brabham y obtuvo su primera victoria en ese año
Gran Premio de Mónaco en unas circunstancias sensacionales. Patrese tomó la delantera cuando Alain Prost se estrelló, solo para girar en condiciones de amortiguación en la siguiente vuelta. Esto lo dejó tercero detrás de Didier Pironi y Andrea de Cesaris, quienes se detuvieron en la última vuelta. Pironi con un fallo eléctrico y de Cesaris sin combustible. Más tarde esa temporada también lideró el Gran Premio de Austria, pero se retiró debido a una falla en el motor. Patrese terminó la temporada décimo, justo por delante de su compañero de equipo Nelson Piquet. 1983 resultó ser una temporada más difícil. Patrese se estrelló al final de la carrera mientras lideraba en San Marino, con los aplausos de los "tifosi", ya que su derivación significó que le entregó la victoria a Ferrari al piloto Patrick Tambay. También tomó la pole en casa en el Gran Premio de Italia, antes de que su motor explotara en las primeras etapas de la carrera: en una entrevista de 2010 dijo que sospechaba que su motor se había dejado en su ajuste de calificación, lo que lo hacía extremadamente poderoso pero frágil, ya que no se le había ofrecido un nuevo contrato para el año siguiente, y se había mostrado reacio a sacrificar sus posibilidades de ganar su Gran Premio de casa por su compañero de equipo Nelson Piquet, que estaba luchando por el Campeonato del Mundo. A pesar de lograr una segunda victoria en el Gran Premio de Sudáfrica, Patrese solo terminó noveno, mientras que Piquet reclamó su segundo título del Campeonato de Pilotos. Pasaron siete años antes de que él hiciera otra visita al escalón más alto del podio.