2003: la primera victoria

Su primera carrera con Renault se saldó con un séptimo puesto en el GP de Australia de 2003 consiguiendo de esa forma sus primeros puntos en la máxima categoría. El 22 de marzo de 2003 se convirtió en el piloto más joven en lograr una pole position y un podio en Fórmula 1, con 21 años, en el Gran Premio de Malasia, pese a que aquel fin de semana estuvo con 39º de fiebre.¹² En el Gran Premio de Brasil de 2003 sufrió el accidente más grave en su estancia en la Fórmula 1 al colisionar contra el muro en la vuelta 55 tras golpear una rueda del coche de Mark Webber, que había sufrido un accidente anteriormente y había esparcido los restos de su monoplaza por la pista. Sin embargo, este percance no le impidió conseguir un nuevo podio, pues la carrera se dio por finalizada con su accidente, y las posiciones finales fueron establecidas en una vuelta anterior al accidente.

El 24 de agosto del mismo año, en el Gran Premio de Hungría, logró ser el piloto más joven en ganar un Gran Premio, con 22 años, aunque posteriormente le superaría en precocidad Sebastian Vettel al vencer en el Gran Premio de Italia de 2008. En el Gran Premio de Italia consigue su último punto de la temporada 2003, acabando octavo tras salir último y sufrir un accidente en la salida. En el Gran Premio de los Estados Unidos sufre una avería en el motor. En la última carrera de la temporada, el Gran Premio de Japón, también rompió el motor cuando iba en la segunda plaza. Finalizó la temporada 2003 en la sexta posición del Mundial de Pilotos. Ya entonces Briatore, en una entrevista, dejó entrever los planes de Renault de ir a más y luchar por el título en 2004. Más tarde veríamos que sólo hubo que esperar a 2005.

2004: año de confirmación

La temporada 2004 de Fórmula 1 comenzó bien para el piloto asturiano, ya que finalizó tercero en la primera carrera en Melbourne. Mediada la temporada, Alonso logró una pole y un segundo puesto en Magny Cours. Poco más tarde consiguió otros dos podios consecutivos en Hockenheim y Hungaroring. No sumó ninguna victoria aquella temporada, además de tener una serie de abandonos mientras rodaba en posiciones de podio, como ocurrió en Mónaco, en el que rodaba tras su compañero de equipo, Jarno Trulli, líder del gran premio, hasta que se encontró con Ralf Schumacher en medio del túnel, quien, al dejarle paso de una manera confusa, provocó el impacto del asturiano contra las barreras, haciéndole perder el podio. Similares abandonos se consumaron en Canadá, cuando se salió de la pista no pudiendo volver; en Estados Unidos, donde el piloto asturiano logró una de las mejores salidas de la historia, remontando desde el noveno puesto en la salida hasta alcanzar el tercer puesto en la primera curva, retirándose por un pinchazo y el consecuente impacto contra las barreras solo un par de vueltas después; en Spa, mientras ambos Renault rodaban en cabeza, una fuga de aceite en su coche le hizo trompear y acabar en la gravilla en otra carrera en la que las opciones de podio eran claras; y en Monza se retira tras realizar un trompo en la variante Ascari, mientras rodaba segundo perseguido por Button y Schumacher, y quedarse encajado en la gravilla. Sin embargo, acabó la temporada con más puntos que en 2003, logrando el cuarto puesto en el campeonato de pilotos, con una serie de buenos resultados a final de temporada, incluyendo un gran cuarto puesto en la última carrera del año, celebrada en Interlagos, tras luchar toda la carrera por el podio.

2005: el primer título

En el Gran Premio de España, disputado el 8 de mayo, Alonso tuvo problemas con un neumático, pero logró llegar a la segunda posición. El 22 de mayo, en el Gran Premio de Mónaco, finalizó cuarto debido a un accidente entre varios pilotos que le hizo entrar a boxes. En el Gran Premio de Europa, disputado el 29 de mayo en Nürburgring, Alonso consiguió una nueva victoria, tras haberse clasificado en sexta posición.

El séptimo triunfo de la temporada, conseguido en el Gran Premio de China, le valió para igualar el número de victorias de Kimi Räikkönen (segundo en el mundial de pilotos), lo cual significaría también su victoria con el sistema de puntuación anterior.

2006: de nuevo campeón

La temporada 2006 comenzó el 12 de marzo con el Gran Premio de Baréin, en el que vencería Fernando Alonso. Una semana después, Alonso fue segundo por detrás de Giancarlo Fisichella, lo que confirmaba el buen estado de forma deRenault. El asturiano se impuso de nuevo en el Gran Premio de Australia, donde se confirmaría que en esta temporada el mayor oponente de Alonso sería el Ferrari de Michael Schumacher, quien ganaría los dos siguientes Grandes Premios deSan Marino y Europa.

En el Gran Premio de España de 2006, Alonso ganó de nuevo, logrando la primera victoria de un español en el Gran Premio de su país. Así, el español consolidó su liderato del mundial de pilotos en las tres carreras siguientes, en las que logró la primera posición: los Grandes Premios de Mónaco, el Reino Unido (donde consiguió su primer triplete) y Canadá.

Ferrari denunció a mitad de temporada a Renault por el uso del mass-damper con el objetivo de que a Renault no le diese tiempo a reaccionar. A pesar de todo Renault consiguió rediseñar el coche y hacerse con ambos títulos. El mass-damper no fue ilegalizado por motivos técnicos sino por un defecto de forma. Cualquier modificación del coche tiene que ser notificada en plazo a los comisarios y éstos deben dar su aprobación. Así, la buena racha del ovetense se acabó en el Gran Premio de los Estados Unidos, donde terminó en quinta posición, quedando fuera del podio por primera vez desde las últimas quince carreras, con problemas en el motor. Fue Michael Schumacher quien se llevó el triunfo en el Circuito de Indianápolis. El alemán venció también en los Grandes Premios de Francia, donde Fernando acabó segundo, y Alemania, donde el asturiano volvió a quedar en la quinta posición, habiendo perdido ya el asturiano buena parte de su ventaja con respecto al alemán.

En el Gran Premio de China, Alonso logró la pole. Ya en el ecuador de la carrera, perdió tiempo por dos errores en el pit. Finalmente, tras realizar varias vueltas rápidas, acabó detrás de Michael Schumacher, quien acabó primero. Así, ambos pilotos estaban empatados a 116 puntos, con ventaja de victorias para Schumacher. En el Gran Premio de Japón Felipe Massa obtuvo la pole position Michael Schumacher partiría segundo mucho mejor que Alonso que sale en tercera fila, el piloto asturiano desde la salida es una furia lo que el hace ganar una posición, en la decimotercera vuelta adelanta a Ralf Schumacher una vuelta después Fernando se coloca en la segundo posición, pero Michael Schumacher esta siempre ahí, delante de todos, con una difenrencia que incluso después de la parada en boxes le aporta tranqulidad. A 17 vueltas del final la historia del mundial de 2006 se cumple, un humo inesperado, una larga e inexorable estela gris sale del motor del Ferrari, tras seis años Michael Schumacher rompe el motor, el mito de la fiabilidad de los coches rojos se rompe y con ella se van los sueños mundiales del alemán. Fernando Alonso comanda la carrera, gana y después de Suzuka ya es virtualmente campeón del mundo, Alonso le saca diez puntos a Michael Schumacher .El 22 de octubre el Gran Premio de Brasil solo es una mera formalidad .Con la segunda plaza en Sao Paulo, Alonso se proclamó bicampeón del mundo, el Gran Premio de Brasil,que también sería la última carrera de Michael Schumacher, antes de su regreso en 2010.