2000年1月，车队终止了与扎纳尔迪的和约，他没有与车队一起开始这一赛季。威廉姆斯决意选择初出茅庐的年轻天才——20岁的英国车手巴顿，期望他来实现扎纳尔迪无法取得的成绩。新宝马发动机的到来为威廉姆斯带来了起色。尽管车队认为两名年轻车手最多只能使车队处于中等水平，但是他们还是为车队保住了车队冠军榜中第三的位置。事实证明巴顿确是瑕不掩瑜。弗兰克爵士面临艰难的抉择，将年轻的英国人保留队中还是选择哥伦比亚巨星蒙托亚。他最终选择了后者，将巴顿租借到贝纳通车队两年。看起来似乎这一决定并没让他后悔。

2001年，哥伦比亚车手蒙托亚让整个F1世界为之震惊，但整个赛季赛车可靠性问题不断困扰着他，尽管如此，他还是不断的取得首发位置，先后几次站上了颁奖台，并且在意大利大奖赛中获得了F1生涯中的第一场胜利。蒙托亚与队友拉尔夫.舒马赫为车队夺得了四场比赛的冠军，与迈凯轮在车队冠军中展开了有力争夺，但最终只取得了第三名。

2002年，他们超过了迈凯轮，在车队冠军榜中名列第三。蒙托亚和拉尔夫在车手积分榜中分列三四位。

2003赛季两名车手继续搭档。他们有能力缩小与法拉利的差距，在日本大奖赛前他们在车队积分上领先法拉利，但赛季结束后却只能接受第二名的成绩。

不管你喜欢与否，宝马威廉姆斯车队2004赛季战车上的獠牙型前鼻翼给人们留下了深刻印象，但这一设计在赛季中段被车队弃用，因为它并没有给车队来来预期的成绩。在德国汽车巨头宝马公司和威廉姆斯F1车队合作的4年中，他们还是无法制造出可以匹敌法拉利的赛车。

胡安·帕伯罗·蒙托亚为宝马威廉姆斯车队赢得了2004赛季的最后一场比赛，从而为这一艰难的赛季画上了一个别具风格的句号。2004年，两位车手4次登上颁奖台，最终他们落后雷诺车队17个积分位列车队积分榜第4名(雷诺曾在1997年为威廉姆斯提供引擎，威廉姆斯车队也在那一年中获得了车队冠军头衔)。

2005赛季，车队拥有了全新的车手阵容-马克·韦伯和尼克·海菲尔德，安东尼奥·皮佐尼亚成为车队测试车手。对萨姆·迈克尔来说这是另一个艰难的赛季，整个赛季中他的工作人员对FW27赛车上所有的空气动力学组件进行了调整。在摩纳哥大奖赛中，海菲尔德领先队友韦伯以第2名的成绩冲过终点线，但积分榜上第5名的位置并不是车队所希望获得的。

2005赛季中途，宝马宣布他们已经收购了索伯车队，随后不久，威廉姆斯车队宣布2006赛季将使用考斯沃斯引擎，这也宣告了宝马与威廉姆斯车队的合作的终结。毫无疑问，对留住韦伯并签下了冉冉升起的新星尼科·罗斯伯格的威廉姆斯车队来说，2006年是一个续势待发的赛季。

2006赛季，车队仅仅得到了11个积分，是威廉姆斯车队近30年来得分最少的一个年度。年度排名第8的成绩令车队和赞助商都非常不满意。特别是在年轻车手罗斯伯格表现强劲，却无奈发动机供应商考斯沃斯技术明显落后与对手的现状。使得车队多次在形势一片大好的情况下多次遗憾退出比赛。在最后一站巴西大奖赛，韦伯和罗斯博格在第一圈就双双出局。威廉姆斯车队2006年共有20次因赛车故障（或车手失误）没能完成比赛，韦伯所获得的两次分站第6名已经是他们整个赛季节的最好成绩。

2007年，FW29赛车开始使用丰田引擎，并表现出了很好的稳定性，赛季快结束的时候，伍尔兹宣布退役，又一日本车手中岛一贵代表车队参加了最后一场分站赛，并且这位日本车手随后得到了2008赛季的正式车手席位。

2008年赛季，在揭幕战上，罗斯伯格以第三名的成绩完成比赛，但在随后的比赛中，威廉姆斯车队陷入了低迷，只有在新加坡大奖赛上获得的亚军成为大半个赛季唯一的亮点。最终，这支F1老牌车队仅以26个积分完成了全年的比赛，列车队积分榜的第八位。

2009赛季，威廉姆斯车队以34.5个积分的总成绩位列该赛季第七位。然而赛季结束后，车队与引擎供应商丰田终止了合同，罗斯伯格也转投了梅赛德斯GP车队。

2010赛季，威廉姆斯车队又重新使用考斯沃斯引擎，并招来了老将巴里切罗与新科GP2冠军胡肯伯格搭档参加比赛。整个赛季车队唯一的亮点就是在巴西大奖赛排位赛中，胡肯伯格取得了杆位发车。车队最终以70分的成绩排名第六。赛季结束后，胡肯伯格离开了车队。

2011赛季可谓是威廉姆斯车队近十年来最差的战绩，和2011年在赛道上跑到任何一辆赛车相比，威廉姆斯车队的FW33有着最小的变速箱和最紧凑的车尾, 可是这一切都无法掩盖车队糟糕的状况，年迈的巴里切罗和拿着委内瑞拉赞助的马尔多纳多一个赛季才得到可怜的5分（巴里切罗4 马尔多纳多1）要知道，上个赛季车队还拿到了70分。车队也在季中就解雇了技术总监萨姆-迈克尔，此后宣布签下前间谍门元凶考弗兰，空气动力学建杰森-萨缪维尔和马克-吉兰。但是做了多次吹气扩散的改进，并未让车队回归正轨。对于威廉姆斯来说，2011年度是最糟糕的一年。

2012赛季，威廉姆斯车队时隔15年重新起用雷诺引擎，并由马尔多纳多在西班牙站获得了近8年来的首个分站赛冠军。然而，这丝毫没有改变车队在整个赛季的疲软态势。最终车队以76个积分名列车队积分榜第8名。

2013赛季，威廉姆斯车队经历了一个噩梦般的赛季，车队仅仅获得了5个积分。位列车队积分榜第9名。

2014赛季，威廉姆斯车队成绩取得了巨大进步。巴西车手马萨和原法拉利车队工程师斯梅德利从法拉利车队转会加盟威廉姆斯车队。同时，车队起用了动力性能优良的梅赛德斯引擎。在全赛季19站比赛中，车队的两名车手博塔斯和马萨一共9次登上领奖台。博塔斯共获得186分，力压维特尔、阿隆索、巴顿、莱科宁等多位前世界冠军得主，位列车手积分榜第四；马萨获得134分，位列车手积分榜第七。车队一共获得320分，力压法拉利、迈凯伦等知名车队，获得车队季军。

2017赛季F1阿塞拜疆大奖赛，威廉姆斯车队的兰斯·斯特罗尔获得第三名，职业生涯首次登上领奖台。