Bourdais palasi F1:ään vuonna 2007 - sen jälkeen, kun hän oli tehnyt useita testejä Scuderia Toro Rosson kanssa. 10. elokuuta 2007 ilmoitettiin, että Bourdais korvaa Vitantonio Liuzzin Red Bullin B-joukkueessa Toro Rossossa Sebastian Vettelin joukkuetoverina. 16. maaliskuuta 2008 Bourdais kilpaili ensimmäisessä Formula 1:n mestaruuskilpailussa, Australian Grand Prixissä.
Melbournessa. Hän pääsi 17. sijalle ja käytti hyväkseen muiden kuljettajien tekemät virheet ensimmäisessä Formula 1 -kilpailussa sitten vuoden 2001 San Marinon Grand Prix -kilpailun ilman vetoa ohjaavaa ohjainta, ja työskenteli tiensä neljänteen. Kuitenkin kolme kierrosta jäljellä ollessa moottorin ongelma pakotti Bourdaisin lopettamaan, mutta hän oli edelleen luokiteltu kahdeksanneksi, kun hän oli suorittanut yli 90% kilpailun etäisyydestä. Hän peri myöhemmin seitsemännen sijan (ja kaksi mestaruuspistettä) Rubens Barrichellon diskvalifioinnin jälkeen.