2000年1月，車隊終止了與扎納爾迪的和約，他沒有與車隊一起開始這一賽季。威廉姆斯決意選擇初出茅廬的年輕天才——20歲的英國車手巴頓，期望他來實現扎納爾迪無法取得的成績。新寶馬發動機的到來為威廉姆斯帶來了起色。盡管車隊認為兩名年輕車手最多只能使車隊處于中等水平，但是他們還是為車隊保住了車隊冠軍榜中第三的位置。事實證明巴頓確是瑕不掩瑜。弗蘭克爵士面臨艱難的抉擇，將年輕的英國人保留隊中還是選擇哥倫比亞巨星蒙托亞。他最終選擇了后者，將巴頓租借到貝納通車隊兩年?？雌饋硭坪踹@一決定并沒讓他后悔。

2001年，哥倫比亞車手蒙托亞讓整個F1世界為之震驚，但整個賽季賽車可靠性問題不斷困擾著他，盡管如此，他還是不斷的取得首發位置，先后幾次站上了頒獎臺，并且在意大利大獎賽中獲得了F1生涯中的第一場勝利。蒙托亞與隊友拉爾夫.舒馬赫為車隊奪得了四場比賽的冠軍，與邁凱輪在車隊冠軍中展開了有力爭奪，但最終只取得了第三名。

2002年，他們超過了邁凱輪，在車隊冠軍榜中名列第三。蒙托亞和拉爾夫在車手積分榜中分列三四位。

2003賽季兩名車手繼續搭檔。他們有能力縮小與法拉利的差距，在日本大獎賽前他們在車隊積分上領先法拉利，但賽季結束后卻只能接受第二名的成績。

不管你喜歡與否，寶馬威廉姆斯車隊2004賽季戰車上的獠牙型前鼻翼給人們留下了深刻印象，但這一設計在賽季中段被車隊棄用，因為它并沒有給車隊來來預期的成績。在德國汽車巨頭寶馬公司和威廉姆斯F1車隊合作的4年中，他們還是無法制造出可以匹敵法拉利的賽車。

胡安·帕伯羅·蒙托亞為寶馬威廉姆斯車隊贏得了2004賽季的最后一場比賽，從而為這一艱難的賽季畫上了一個別具風格的句號。2004年，兩位車手4次登上頒獎臺，最終他們落后雷諾車隊17個積分位列車隊積分榜第4名(雷諾曾在1997年為威廉姆斯提供引擎，威廉姆斯車隊也在那一年中獲得了車隊冠軍頭銜)。

2005賽季，車隊擁有了全新的車手陣容-馬克·韋伯和尼克·海菲爾德，安東尼奧·皮佐尼亞成為車隊測試車手。對薩姆·邁克爾來說這是另一個艱難的賽季，整個賽季中他的工作人員對FW27賽車上所有的空氣動力學組件進行了調整。在摩納哥大獎賽中，海菲爾德領先隊友韋伯以第2名的成績沖過終點線，但積分榜上第5名的位置并不是車隊所希望獲得的。

2005賽季中途，寶馬宣布他們已經收購了索伯車隊，隨后不久，威廉姆斯車隊宣布2006賽季將使用考斯沃斯引擎，這也宣告了寶馬與威廉姆斯車隊的合作的終結。毫無疑問，對留住韋伯并簽下了冉冉升起的新星尼科·羅斯伯格的威廉姆斯車隊來說，2006年是一個續勢待發的賽季。

2006賽季，車隊僅僅得到了11個積分，是威廉姆斯車隊近30年來得分最少的一個年度。年度排名第8的成績令車隊和贊助商都非常不滿意。特別是在年輕車手羅斯伯格表現強勁，卻無奈發動機供應商考斯沃斯技術明顯落后與對手的現狀。使得車隊多次在形勢一片大好的情況下多次遺憾退出比賽。在最后一站巴西大獎賽，韋伯和羅斯博格在第一圈就雙雙出局。威廉姆斯車隊2006年共有20次因賽車故障（或車手失誤）沒能完成比賽，韋伯所獲得的兩次分站第6名已經是他們整個賽季節的最好成績。

2007年，FW29賽車開始使用豐田引擎，并表現出了很好的穩定性，賽季快結束的時候，伍爾茲宣布退役，又一日本車手中島一貴代表車隊參加了最后一場分站賽，并且這位日本車手隨后得到了2008賽季的正式車手席位。

2008年賽季，在揭幕戰上，羅斯伯格以第三名的成績完成比賽，但在隨后的比賽中，威廉姆斯車隊陷入了低迷，只有在新加坡大獎賽上獲得的亞軍成為大半個賽季唯一的亮點。最終，這支F1老牌車隊僅以26個積分完成了全年的比賽，列車隊積分榜的第八位。

2009賽季，威廉姆斯車隊以34.5個積分的總成績位列該賽季第七位。然而賽季結束后，車隊與引擎供應商豐田終止了合同，羅斯伯格也轉投了梅賽德斯GP車隊。

2010賽季，威廉姆斯車隊又重新使用考斯沃斯引擎，并招來了老將巴里切羅與新科GP2冠軍胡肯伯格搭檔參加比賽。整個賽季車隊唯一的亮點就是在巴西大獎賽排位賽中，胡肯伯格取得了桿位發車。車隊最終以70分的成績排名第六。賽季結束后，胡肯伯格離開了車隊。

2011賽季可謂是威廉姆斯車隊近十年來最差的戰績，和2011年在賽道上跑到任何一輛賽車相比，威廉姆斯車隊的FW33有著最小的變速箱和最緊湊的車尾, 可是這一切都無法掩蓋車隊糟糕的狀況，年邁的巴里切羅和拿著委內瑞拉贊助的馬爾多納多一個賽季才得到可憐的5分（巴里切羅4 馬爾多納多1）要知道，上個賽季車隊還拿到了70分。車隊也在季中就解雇了技術總監薩姆-邁克爾，此后宣布簽下前間諜門元兇考弗蘭，空氣動力學建杰森-薩繆維爾和馬克-吉蘭。但是做了多次吹氣擴散的改進，并未讓車隊回歸正軌。對于威廉姆斯來說，2011年度是最糟糕的一年。

2012賽季，威廉姆斯車隊時隔15年重新起用雷諾引擎，并由馬爾多納多在西班牙站獲得了近8年來的首個分站賽冠軍。然而，這絲毫沒有改變車隊在整個賽季的疲軟態勢。最終車隊以76個積分名列車隊積分榜第8名。

2013賽季，威廉姆斯車隊經歷了一個噩夢般的賽季，車隊僅僅獲得了5個積分。位列車隊積分榜第9名。

2014賽季，威廉姆斯車隊成績取得了巨大進步。巴西車手馬薩和原法拉利車隊工程師斯梅德利從法拉利車隊轉會加盟威廉姆斯車隊。同時，車隊起用了動力性能優良的梅賽德斯引擎。在全賽季19站比賽中，車隊的兩名車手博塔斯和馬薩一共9次登上領獎臺。博塔斯共獲得186分，力壓維特爾、阿隆索、巴頓、萊科寧等多位前世界冠軍得主，位列車手積分榜第四；馬薩獲得134分，位列車手積分榜第七。車隊一共獲得320分，力壓法拉利、邁凱倫等知名車隊，獲得車隊季軍。

2017賽季F1阿塞拜疆大獎賽，威廉姆斯車隊的蘭斯·斯特羅爾獲得第三名，職業生涯首次登上領獎臺。