Wreszcie dostał swoją wielką szansę w 1991 roku, kiedy został podpisany jako zastępca kierowcy zespołu Tyrrell, Jean Alesi. Z dobrą grupą sponsorów, silnikami Hondy z 1990 roku, oponami Pirelli i rozwojem udanej podwozia 020, wiele się spodziewano od tej kombinacji, a niektórzy przewidywali zwycięstwa w wyścigach. Podczas gdy jego sezon rozpoczął się na czwartym miejscu w Phoenix, wielu czołowych zawodników wycofało się bez Modeny. W warunkach wilgotnych w Imoli doszło do podobnego zużycia, co pozwoliło Modenie osiągnąć trzecie miejsce przed awarią transmisji. Następny wyścig w Monako był jeszcze lepszy, gdy zakwalifikował się w pierwszym rzędzie obok swojego przyjaciela i mistrza świata Ayrtona Senny, nękając kierowcę McLarena, aż został zatrzymany w korku i doznał gwałtownego uszkodzenia silnika. Stabilniejszy przebieg w Kanadzie został nagrodzony drugim miejscem po tym, jak Nigel Mansell wycofał się na ostatnim okrążeniu. Po tym forma Modeny spadła, ponieważ Pirelli walczyło o opracowanie spójnej opony wyścigowej, podczas gdy ciężkie silniki Hondy sprawiały, że podwozie 020 (oryginalnie zaprojektowane dla Coswortha DFR V8) było trudne do zrównoważenia. Podczas gdy Modena nadal kwalifikowała się często w górnej połowie siatki, on walczył w wyścigach, zdobywając tylko jeden punkt więcej na szóste miejsce w
Japońskie Grand Prix.