После победы в Ле Мане 1999 года, все «лишние» гоночные проекты были закрыты: BMW сосредоточились на Формуле-1. Партнером была выбрана команда Williams, в середине девяностых считавшаяся практически непобедимой. Но новый баварский мотор получился длиннее и тяжелее, чем используемый командой в прошлом году французский Supertec. Из-за этого колесную базу болида пришлось увеличить на 7 см, а боковые понтоны сделать более массивными, чтобы обеспечить двигатель достаточным охлаждением. Последнее приводило к увеличению аэродинамического сопротивления, и снижало скорость на прямых.
Двигатель V10 72°, получивший индекс E41 в первой версии развивал мощность 750 л. с. Но уже в конце сезона, в версии Е41/4, его мощность удалось довести до 810 л. с. при 17200 об/мин. То есть всего на 5 лошадок меньше, чем у чемпионского Mercedes-Benz FO 110J. Очевидно что при возвращении BMW решили подстраховаться и делали ставку на надёжность, а не на мощность.
При этом первый же «Большой приз» принес команде Williams BMW подиум — в Австралии Ральф Шумахер финишировал на третьем месте! И все же с точки зрения производительности FW22 не мог тягаться с лучшими болидами того сезона, с Ferrari F1-2000 и McLaren MP4/15 Mercedes. По итогам сезона Ferrari набрала 170 очков, McLaren — 152, в то время как Williams всего 36. Наивысшим достижением для команды стали три подиума Ральфа Шумахера.
В 2001 году BMW решили использовать другую концепцию. Угол развала блока цилиндров был увеличен с 72° до 90º, на тот момент такую конфигурацию использовали только в Ferrari, все же остальные производители придерживались традиционных, для «десяток» 72°. Разве что в Honda выбрали чуть больший угол — 80º. Такой большой развал необычен для V10, но решение это было чисто компоновочным — уменьшение высоты мотора позволяло снизить центр тяжести болида, сделать кожух двигателя ниже и снизить аэродинамическое сопротивление. Кроме того, так получалось направить больше воздуха к заднему антикрылу.
Двигатель BMW P80 V10 90º развивал мощность 850 л. с. при 17200 об/мин, то есть теперь баварский агрегат был мощнее чем Mercedes-Benz (830 лошадей) и Ferrari (840 лошадок). На Гран-при Сан Марино 2001 года этот двигатель принес BMW первую победу на этапе Чемпионата мира, аж с 1986 года! Всего же пилотам Williams удалось победить на четырех Гран-при того сезона.
В 2002 году в чемпионате мира безраздельно властвовали Ferrari F2002 и Михаэль Шумахер. Но BMW по прежнему был самым мощным двигателем чемпионата. А на квалификации Гран-при Италии этот V10 преодолел рубеж в 19000 об/мин! Действующие чемпионы — Ferrari, достигли такого уровня лишь в следующем сезоне.
По чистой скорости на одном круге у Williams BMW был полный порядок: семь поул-позиций в сезоне, включающий серию из пяти поулов подряд. А скорость Монтойи в Монце и вовсе позволила побить рекорд Кеке Росберга, державшийся с 1985 года! И все же, несмотря на самый мощный двигатель, пилотам Williams удалось одержать всего одну победу в сезоне.
В 2003-м двигатель BMW развивал мощность свыше 900 л. с! Такой мощности в Формуле-1 не помнили с 1987 года. Мощный мотор и неплохое шасси позволили Хуану Пабло Монтойе боролся за титул с самим “Красным бароном” — Михаэлем Шумахером.
В какой-то момент мы опережали Ferrari на 8 очков в Кубке конструкторов, но закончили сезон, отставая от них на 14. По сути, мы сами проиграли чемпионат. В Ferrari проделали колоссальную работу, чтобы вернуться борьбу, а мы плохо справились в конце года.
— Патрик Хэд.
Пожалуй мистер Хэд несколько перехваливает своих соперников. Ведь если бы не подковерные «шинные войны: Michelin vs Bridgestone», то как знать чем бы все закончилось… На тот момент в руководстве баварского концерна уже зрело недовольство своими партнерами из Williams, из-за излишней консервативности в подходе к разработке шасси и аэродинамики.
В Дидкоте решили пойти ва-банк, и представили революционный Williams FW26, из-за формы кронштейнов переднего антикрыла получивший прозвище «морж». Перед началом сезона считалось что мощнейший мотор BMW и продвинутая аэродинамика не оставят соперникам шансов на победу! К тому же после первых тестов гонщики Фрэнка Вильямса излучали неподдельный оптимизм:
У меня очень хорошие впечатления от Williams FW26. Я думаю, что у этого болида огромный потенциал - я с самого начала мог атаковать в полную силу. Не хочу казаться слишком оптимистичным, но я очень доволен машиной.
— Хуан Пабло Монтойя.
Но гора родила мышь. Революционный болид страдал от лишнего веса в передней части. Перед гран-при Венгрии в Williams решились изменить дизайн носового обтекателя, придав ему традиционную форму. После этих изменений болид заметно прогрессировал, и Монтойя даже смог одержать победу в Интерлагосе. По итогам сезона Williams BMW заняли всего лишь четвертое место в Кубке Конструкторов, с 88 очками.
После этого состав команды полностью изменился. Ушли оба пилота: Ральф Шумахер и Хуан Пабло Монтойя. Также ушел в отставку Патрик Хэд:
Я все прекрасно понимаю и думаю, что смена технического директора пойдет Williams на пользу. Хочу только отметить, что решение оставить пост было лично моим. И принял я его еще полтора месяца назад. Так что BMW тут совершенно ни при чем!
В 2005 году отдача баварского двигателя переваливала за 950 лошадей, но это не помогало — Марк Уэббер и Ник Хайдфельд не смогли одержать ни одной победы! Мощность не приносила BMW главного - Чемпионского титула. В руководстве баварского концерна считали что виноваты их партнеры из Williams, делающим менее эффективные шасси чем их главные конкуренты: Ferrari, McLaren и Renault. Немцы решили разорвать контракт с «Железным Фрэнком», и выкупить швейцарскую команду Sauber, чтобы делать шасси самостоятельно.
Мы не питаем никаких иллюзий: впереди нас ждет долгий путь. 2006 год — это переходный год, и поэтому было бы преждевременно заявлять о каких-либо спортивных целях. В 2005 году Sauber заняла восьмое место в Кубке конструкторов, и это наша отправная точка.
— Директор BMW Motorsport, профессор Марио Тайссен.
Этот развод негативно сказался на обеих сторонах. Без моторов BMW результаты Williams падали все ниже, а баварцы… с Sauber они сумели одержать всего одну победу — в Канаде 2008 года. А 29 июля 2009 года немцы объявили что в конце сезона покидают Формулу-1.