22 sierpnia Eddie Jordan poinformował, że Senna zastąpi Nicka Heidfelda w pozostałych wyścigach sezonu 2011. W dniu 24 sierpnia Renault potwierdziło to. Jako siódmy zakwalifikował się do swojego pierwszego wyścigu z zespołem, a ukończył na 13 miejscu po zderzeniu z Jaime Alguersuari w pierwszym zakręcie, za co Senna otrzymał karę przejechania. Skończył dziewiąty w, zdobywając swoje pierwsze punkty w Formule 1. W Singapurze samochody Renault borykały się z przyczepnością na powolnym torze ulicznym, Senna kwalifikował się i ukończył na 15. miejscu, wyprzedzając kolegę z drużyny Petrova. Senna zajął 16 miejsce w Japonii, 13 w Korei i 12 w pierwszym etapie, po tym jak został zmuszony do zmiany opon pod koniec wyścigu. W Abu Dhabi
, Senna ponownie zajął 16. miejsce po otrzymaniu kary za ignorowanie niebieskich flag i poniesienie awarii KERS. W ostatnim wyścigu sezonu, jego domowym wyścigu w Brazylii, Senna wyprzedził Petrova po raz trzeci, zaczynając dziewiąty na siatce. Na dziesiątym okrążeniu wyścigu Senna był zaangażowany w kolizję z Michaelem Schumacherem, za co Senna otrzymał karę przejazdu i ukończył wyścig na siedemnastym miejscu.