Mistrzowski sezpół ASM Formule 3 z Formuły 3 Euroseries zaangażował go w swoim zespole. W pierwszym roku startów zajął ósmą pozycję w klasyfikacji końcowej zdobywając 34 punkty. W drugim reprezentował już główny zespół tej ekipy. Zdobywszy 59 punktów (wygrał również jedną sesję kwalifikacyjną i wyścig), zajął ostatecznie czwartą lokatę na koniec sezonu. Mimo to słabo wypadł na tle swojego kolegi z teamu, Romaina Grosjeana, który wywalczył tytuł oraz Nico Hülkenberga, reprezentującego barwy drugorzędnego zespołu ASM.
GP2 mały|Kamui Kobayashi na torze Nürburgring podczas rundy Serii GP2 (2009) W sezonie 2008 był już kierowcą testowym ekipy Toyota, startującej w Formule 1. Poza tym brał udział również w serii GP2 – w ekipie DAMS. Starty w bezpośrednim zapleczu F1 rozpoczął jednak od nowo powstałej azjatyckiej serii GP2, odbywającej się w przerwie zimowej. Start w niej z pewnością mógł zaliczyć do udanych m.in. za sprawą dwóch wygranych wyścigów, co na krótki sezon było dużym osiągnięciem. Ostatecznie nową serię ukończył na szóstej pozycji, z dorobkiem 22 punktów. Mimo dobrych wyników w zimowej serii, w głównym GP2 było już przeciętnie.