In Augustus 2020 het Scuderia AlphaTauri Formule Een-spanhoof, Franz Tost, aangekondig dat Tsunoda in Desember 2020 vir die span in die nuwelingtoets aan die einde van die seisoen by Aboe Dhabi sal ry.[1] Hy het sy eerste rit in 'n 2018-spesifikasie-motor gehad by die Autodromo Enzo e Dino Ferrari in Imola, Italië.[2] Hy het in Januarie 2021 weer Formule Een-masjinerie by Imola getoets, maar hierdie keer het hy 'n AlphaTauri-geverfde Toro Rosso STR14, Toro Rosso se 2019-motor, bestuur.[3]
Tsunoda het Daniil Kvyat vervang en vir die 2021-seisoen saam met Pierre Gasly as spanmaat deelgeneem.[4] By die seisoen-opening Bahreinse Grand Prix het Tsunoda 13de gekwalifiseer, ondanks hy die tweede vinnigste in K1 was.[5] Tsunoda het uiteindelik in die negende plek geëindig, nadat hy Lance Stroll op die laaste rondte verbygesteek het.[6][7] Ná die wedren het Ross Brawn, Formule Een se tegniese direkteur, Tsunoda as "F1 se beste nuweling vir jare" beskou.[8] Nadat hy K3 vir die volgende wedren geteiken het,[9] het hy gebots in die kwalifisering vir die Emilia-Romagna Grand Prix, wat vereis het dat hy nuwe kragbronelemente moes aanbring.[10][11] Ná sy wegspring van agter af het Tsunoda sy pad na die negende plek gemaak ná die rooi vlag.
By die Portugese Grand Prix het Tsunoda 14de gekwalifiseer, en het 'n gebrek aan spoed getoon, om tot 15de terug te val.[12] Hy het 16de vir die Spaanse GP gekwalifiseer en later om verskoning gevra nadat hy bevraagteken het of hy en spanmaat Gasly “dieselfde motor” gehad het.[13][14]
Monaco was ook teleurstellend, hy sou in die 16de plek kwalifiseer en ook eindig op 'n baan waar verbysteek moeilik is.[15][16] Tsunoda het die derde kwalifiserende sessie (K3) vir die eerste keer by die Azerbeidjanse GP gehaal, maar het toe die rooi vlae uitgebring nadat hy gebots het, en in agtste gekwalifiseer. Hy het die wedren sewende geëindig. Tsunoda het weer in die kwalifisering by die Franse Grand Prix van die baan getol, wat hom gedwing het om van die kuipelaan te begin.[17][18] Hy het tot 13de plek by die geruite vlag gevorder.[19]
