Bottas vahvisti kesäloman lopussa, että hän ajaa taas Mercedekselle vuonna 2020, kun joukkue päätti olla ylennyttämättä varapilvoa Esteban Oconia. Bottas voitti ensimmäisen kerran 13 kisan jälkeen Japanin Grand Prixissä.
- Mitä? Meksikossa hän kaatui pahasti viimeisen pätevöitymisjakson lopussa, ennen kuin lopulta pääsi kilpailuun kolmanneksi. Bottas otti seitsemännen uransa voiton seuraavassa kisoissa Yhdysvalloissa. Voittonsa jälkeen Bottasin toiveet vuoden 2019 mestaruudesta loppuivat, kun hänen tiimikaverinsa Hamilton pääsi toiseksi ja voitti maailmanmestaruuden. Bottas kärsi moottorin vikaa Brasiliassa, mikä johti hänen toiseen eläkkeelle siirtymiseensä kaudella, ja lopetti kauden neljänneksi Abu Dhabissa.