В 2012 году Сироткин неожиданно перебрался в AutoGP – серию, где использовалась достаточно мощная и быстрая техника умершего чемпионата A1 Grand Prix. Несмотря на то, что Сергей был гораздо моложе своих соперников, он сходу включился в борьбу за титул и выиграл две гонки, в итоге завершив чемпионат на третьем месте. Опередившие его Эдриан Квайф-Хоббс и Пол Вархауг были старше россиянина на четыре года. 

Параллельно москвич гонялся в итальянской Ф3, но больших успехов не добился, а также выступил на этапе Мировой серии Renault на автодроме Moscow Raceway. 

В сезоне-2013 Сироткин перешел в Мировую серию Renault и уже в четвертой гонке в новом чемпионате попал на подиум. Именно в Мировой серии впервые по-настоящему проявилась нестабильность Сергея: россиянин чередовал хорошие гонки с откровенно неудачными, причем последних было больше из-за частых проблем с техникой или действий соперников. В итоге москвич стал девятым в общем зачете и вторым среди дебютантов. А победил в тот год Кевин Магнуссен, одолевший новичка чемпионата Стоффеля Вандорна. 

Тому, что вторую половину сезона россиянин провел не слишком здорово, способствовала неопределенная ситуация с будущим Сергея. Дело в том, что задолго до финиша чемпионата Сироткина объявили боевым пилотом Sauber на 2014 год: СМИ сообщали, что некие российские инвесторы готовы вложить в команду из Хинвиля гигантские средства, и частью этого проекта должен был стать молодой российский гонщик.

Однако никакой конкретики в этом вопросе не было, и результаты Сергея, находившегося в подвешенном состоянии, пошли на спад. В итоге российский капитал в Sauber так и не пришел, а Сироткин же стал лишь резервистом швейцарской команды. 

Именно в составе Sauber Сироткин впервые сел за руль машины Ф1 и получил суперлицензию, откатав за швейцарскую команду тестовую сессию в Бахрейне. В Sauber он также впервые принял участие в тренировке – россиянин управлял автомобилем C33 в Сочи. Однако несмотря на слухи о возможном повышении Сироткина до призового пилота по окончании сезона-2014, в конце года пути Сергея и Sauber разошлись. 

Гоночную практику Сергей продолжил получать в Мировой серии. После неплохого начала сезона (попадание в очки и подиум в Монце) последовала черная полоса в виде четырех сходов подряд по различным причинам. Зато сразу после этого пришла первая победа, причем одержанная на домашней для Сергея трассе Moscow Raceway. 

Но невзирая на очевидный прогресс, тот сезон нельзя назвать удачным для Сергея: несмотря на статус одного из фаворитов Мировой серии, россиянин закончил чемпионат лишь на пятом месте, проиграв не только неудержимому Карлосу Сайнсу, но еще и дебютантам Пьеру Гасли, Роберто Мери и Оливеру Роуленду. Сироткина подвели нестабильные выступления по ходу чемпионата, а та победа в Москве так и осталась для Сироткина единственной в Мировой серии. 

В 2015-м Сироткин перебрался в GP2 в не самую сильную команду Rapax. Первые два этапа россиянин провалил, но затем поехал гораздо увереннее и буквально выгрыз у соперников третье место в чемпионате – позади остались, например, Пьер Гасли и чемпион GP3 Алекс Линн. За Стоффелем Вандорном же в тот год было не угнаться. А лучшим моментом года для россиянина стал уик-энд в Сильверстоуне, где Сироткин сделал «хет-трик» (поул, победа и быстрый круг). Кроме этой победы, Сергей еще четыре раза побывал на подиуме.

Самую крутую победу (надеемся, лишь пока) в карьере Сироткин одержал в гонке GP2 на «Хоккенхаймринге». Сергей стартовал с поула, но упустил лидерство, а потом еще и заехал на пит-стоп в неправильное время – судьи не засчитали эту остановку как обязательную. 

Узнав эти новости, россиянин перестал беречь шины и начал атаковать, как животное – после нескольких обгонов Сергей вышел на первое место, после чего провел уже «правильный» пит-стоп и вернулся на трассу в середине топ-10. А дальше был бенефис: на свежих мягких шинах Сироткин выглядел Сенной, по случайности попавшим на покатушки гонщиков-любителей. Россиянин проходил соперников одного за другим и незадолго до финиша вышел на первое место, которое уже не отдал. 

В 2017 году фамилия «Сироткин» не раз встречалась вместе с фамилией «Кубица»: сначала в Renault начали оценивать возможность камбэка поляка в Ф1, сравнивая его с Сергеем, а под конец сезона этим же занялась и Williams, которой нужен был гонщик на замену Фелипе Массе. 

В Абу-Даби команда из Гроу провела фактически сравнительные тесты (хотя официально они таковыми не назывались), где по оценкам экспертов Сергей Сироткин выглядел гораздо быстрее Роберта Кубицы. В Williams закрылись на базе на несколько недель, после чего приняли решение в пользу россиянина. 

Путь Сироткина в Формулу 1 оказался не таким легким, как это казалось в 2013-м, но в итоге россиянин все же добрался до главной гоночной серии мира. Теперь в его карьере начинается новый, важнейший период. Сергей станет третьим российским пилотом в истории Формулы 1.