Bourdais diuji secara signifikan untuk tim Toro Rosso selama musim dingin, meskipun ia tidak yakin tentang drive menuju tahun baru. Namun pada 6 Februari 2009 ia dikonfirmasi sebagai pembalap Toro Rosso untuk tahun kedua, bermitra dengan rookie Swiss Sébastien Buemi. Meskipun dua poin selesai di tahun di Grand Prix Australia
dan di Monaco, Bourdais berjuang untuk mencocokkan rekan setimnya yang kurang berpengalaman. Di Spanyol, Bourdais menabrak mobil Buemi saat lapangan berusaha menghindari Jarno Trulli yang berputar pada putaran pertama, mengakhiri balapan untuk kedua pembalap. Di Grand Prix Inggris, Bourdais bertabrakan dengan pembalap McLaren Heikki Kovalainen, sekali lagi mengakhiri balapan untuk keduanya. Pada Grand Prix Jerman ia mengalami kegagalan mekanik setelah kualifikasi terakhir dengan lebih dari satu detik.