Em 1974, começou a temporada novamente na Surtees. Na metade da temporada, mudou de equipe, passando a disputar o campeonato pela Brabham, onde conseguiu o segundo lugar em Watkins Glen, nos Estados Unidos. Terminou o campeonato em 12º lugar, com 11 pontos.
Em 1975, disputando a temporada pela Brabham, José Carlos Pace fez sua melhor temporada no automobilismo. Além da Fórmula 1, participou do Campeonato Brasileiro de Turismo e sagrou-se campeão do Grupo 1. Venceu também as 25 horas de Interlagos. Seu principal feito na temporada veio no segundo Grande Prêmio de 1975, no Brasil. José Carlos Pace venceu a corrida, fazendo dobradinha com Emerson Fittipaldi, a primeira na Fórmula 1. Terminou a temporada em 6º lugar, com 24 pontos.
O campeonato de 1976 não foi muito bom para José Carlos Pace. Utilizando os motores Alfa Romeo, que eram pesados e gastavam muita gasolina, fez apenas 7 pontos, terminando em 14º lugar.
Em 1977, um segundo lugar no Grande Prêmio da Argentina foi o último pódio de José Carlos Pace. Participou de mais duas corridas, Brasil e África do Sul, sem pontuar.
No dia 18 de março de 1977, o avião em que viajava, um pequeno mono-motor de propriedade do também piloto Marivaldo Fernandes, bateu numa árvore na Serra da Cantareira, município de Mairiporã, após decolar do Aeroporto Campo de Marte no início de uma violenta tempestade, tendo José Carlos Pace morte imediata.