Unser debutoval v IndyCar v roku 1962 (s výnimkou pretekov Pikes Peak, ktoré boli súčasťou sezóny IndyCar v 50. rokoch). Závodil za Andyho Granatelliho v rokoch 1963 až 1965 s motorom Novi. Unser pretekal vo svojej prvej Indianapolis 500 v roku 1963. Zrútil sa skoro a umiestnil sa na 33. mieste. Unserova druhá Indianapolis 500 v roku 1964
skončil na druhom kole v havárii, ktorá zabila Eddieho Sachsa a Davea MacDonalda. Unser sa presťahoval do IndyCar, ktorý vlastnil Bob Willke od roku 1966 do roku 1970. Jeho prvé víťazstvo v IndyCar prišlo v roku 1967 v Mosportu v Ontáriu. O rok neskôr Unser vyhral svoju prvú Indianapolis 500, čím si stanovil rekord ako prvý jazdca, ktorý pretekal rýchlosťou viac ako 170 míľ za hodinu v Indianapolis. V roku 1968 pracoval Unser s náčelníkom posádky Judom Phillipsom a získal svoje prvé USAC Národné šampionát v jazde s víťazstvami na Stardust International Raceway, Phoenix Raceway, Trenton Speedway, Indy a Pikes Peak Hill Climb.