Sainz trasladouse a Renault a partir do Gran Premio de Estados Unidos de 2017
onde substituiu a Jolyon Palmer e asociou a Nico Hülkenberg en Renault, con Kvyat volvendo a Toro Rosso para tomar o seu antigo lugar. Na súa primeira carreira para Renault, Sainz terminou a carreira en 7o e superou a Nico Hülkenberg, unha fazaña que Jolyon Palmer non conseguiu facer durante todo o ano, aínda que significou moi pouco xa que Hülkenberg optou por non publicar un tempo de volta na Q2 debido ás súas inminentes sancións na grella. Un rendemento menos impresionante seguiu na seguinte carreira en México. Calificou 9o, tres décimos e medio por baixo de Hülkenberg en 8o, e comezou a carreira en 7o despois das penalizacións do motor de Ricciardo. Despois da primeira volta, atopouse en quinto lugar, detrás de Hülkenberg, despois de que os candidatos ao campionato Vettel e Hamilton chocasen ao comezo da carreira. Con todo, Sainz girou na sección de alta velocidade da pista e achegou os seus pneumáticos e foi forzado a entrar nos boxes e saíu no 19o lugar, só co Mercedes da Lewis Hamilton danado e atrasado detrás. El permanecería na cola do campo ata que se retirou da carreira con problemas de dirección. Non terminaría nos puntos para o resto da tempada.