Pietrow wszedł do Formuły 1 w 2010 roku, tuż po zajęciu drugiego miejsca w serii GP2. Rosjanin, co dla wielu było zaskoczeniem, zasilił szeregi Renault i dołączył do Roberta Kubicy, który przeniósł się do Enstone z BMW-Sauber.

Choć Renault R30 nie należało do najbardziej konkurencyjnych samochodów, Kubica trzykrotnie stanął na podium i ostatecznie uplasował się na ósmej pozycji w klasyfikacji indywidualnej, gromadząc na koncie 136 punktów. Pietrowowi wiodło się dużo gorzej. Rosjanin nie ukończył trzech pierwszych rund sezonu i finalnie zajął trzynaste miejsce, zdobywając o 109 oczek mniej od Polaka.

- Lubiłem Witalija jako człowieka - wspomina Kubica w rozmowie z Motorsport.com. - Nie było mu wtedy jednak łatwo. Kiedy pierwszy raz pojawił się w Formule 1, myślał chyba, że samochód prowadzi się podobnie, jak ten z GP2. Dopiero później zdał sobie sprawę, jak trudna jest to seria.

- Z całą pewnością, zwłaszcza na początku, brakowało mu wiedzy, głównie technicznej i ogólnego zrozumienia, co się wokół niego dzieje. Nie wiem tego na pewno, tak to wyglądało z zewnątrz. Niewątpliwie był to dla niego trudny czas.

- Nie pomogło mu też to, że trafił na mnie w moim najlepszym sezonie [nie pod względem statystycznym] w Formule 1. Naprawdę lubiłem samochód, idealnie pasował do mojego stylu jazdy. Choć chwilami Witalij potrafił dać mi się we znaki, działo się to tylko w określonych warunkach na torze. Generalnie brakowało mu stabilności i wiedzy. Trochę to nadrobił. Pod względem czystej prędkości był świetny od samego początku.

Pomimo spekulacji, że obaj kierowcy nie żyją w najlepszej komitywie, Kubica przyznał, że wiele z tych doniesień było przesadzonych.

- Dobrze nam się żyło. Być może na początku nie rozmawialiśmy zbyt wiele. Jednak zawsze szanowałem swoich partnerów. On szybko zaczął się uczyć. Nie wiem, może ktoś mu wcześniej powiedział, iż nie będzie trudno. Prędko się przekonał, że przed nim wiele pracy.

- Czy spytał o radę? Nie. Najprawdopodobniej dlatego, że przyszedł do Formuły 1 z myślą, iż to kolejny krok po GP2. To ja podszedłem do niego pierwszy. Kiedy dołączyłem do zespołu, Renault przeżywało trudny okres. Nie mieli za sobą zbyt spektakularnego sezonu i dla mnie ważne było, aby przezwyciężyć kryzys jak najszybciej. Im silniejszy zespół, tym lepsze wyniki.

- Pamiętam jak w Walencji podczas testów zaczepiłem go: „Jeśli masz jakieś pytania odnośnie opon lub czegokolwiek, po prostu przyjdź i zapytaj”. Wydaje mi się jednak, że nie zrozumiał na początku, iż chcę i mogę mu pomóc.

- W ciągu roku nasze relacje jeszcze się poprawiły. Pierwsze wrażenie nie było może najlepsze, ale potem przełamaliśmy lody. Dołączył do zespołu ze szczególnym nastawieniem - jak bokser wchodzący na ring przed walką swojego życia. Jednak w trakcie roku zaczęliśmy lepiej współpracować i dzięki temu wiele się nauczył.

- Szczerze mówiąc, wydaje mi się, iż Witalij był dużo silniejszy, niż wielu się spodziewało. Z pewnością mógł osiągnąć więcej. Miał do tego to, co potrzebne - podsumował Robert Kubica.

Pietrow spędził w Formule 1 kolejne dwa sezony. W 2011 roku w barwach Lotusa zdobył jedyne podium w swojej karierze, zajmując trzecie miejsce w Grand Prix Australii. Po mało udanych startach Caterhamem opuścił najważniejszą wyścigową serię świata po zakończeniu sezonu 2012.