Konec leta 2016 se je pripravljal na novo sezono z Williamsom, ko je Nico Rosberg nenadoma napovedal svoj odhod. Mercedes je nemudoma zgrabil Bottasa in ga postavil ob bok Hamiltonu. V prvi sezoni pri Mercedesu je zmagal na nekaj dirkah, leto kasneje, v sezoni 2018, pa niti enkrat. Hamilton je obakrat postal svetovni prvak, kar je za Finca pomenilo velik pritisk.

»Konec leta 2018 sem skoraj zapustil Formulo 1, čisto malo je manjkalo. Zgolj zato, ker nisem mogel razumeti in sprejeti, da v teh dveh letih nisem mogel premagati Lewisa,« je povedal Bottas. Konevc sezone si je zato vzel dolg premor in se osredotočal nase.

»Človeški um je nenavaden in nas včasih odpelje na mračne kraje. Izgubiš veselje do stvari. Tako sem jaz popolnoma izgubil veselje do Formule 1 in do dirkanja. Bil sem skoraj jezen na šport,« je priznal.

Sčasoma se mu je veselje povrnilo in sprememba je bila vidna vsem. V sezoni 2019 je zmagal na čisto prvi dirki v letu.