Scrivi una continuazione per questo paragrafo - Consapevole di quanto Alonso lo avesse superato in, Trulli migliorò notevolmente l'anno successivo. Per la prima metà della stagione è stato il migliore dei due piloti Renault, accumulando punti e podi regolari. A Monaco ha finalmente ottenuto la sua unica vittoria dopo una brillante esibizione dalla pole position. Dopo aver fatto così bene, l'italiano era desideroso di rimanere con la squadra per il 2005, ma il suo rapporto con il team-boss Briatore si è inasprito. Un errore nell'ultima curva che ha permesso a Rubens Barrichello della Ferrari di salire sul podio in Francia.
E da quel momento i suoi giorni con il costruttore francese erano contati. Non ha segnato alcun punto dopo il Gran Premio di Francia ed è stato costantemente fuori passo durante le gare. In seguito ha accusato la squadra di favorire Alonso, ma le ragioni per cui la sua stagione 2004 si è deteriorata non sono mai state adeguatamente identificate. È stato licenziato tre gare prima della fine della stagione e sostituito dal campione del mondo Jacques Villeneuve, nonostante avesse guidato il suo compagno di squadra nel campionato a quel punto. Trulli aveva già accettato di guidare per Toyota nel 2005, e la sua uscita anticipata da Renault gli ha permesso di prendere il suo nuovo posto per le ultime due gare della stagione 2004, sostituendo Ricardo Zonta.