Po sezonie Alonso wpadł w oko szefom mocniejszych zespołów jak Sauber, który szukał zastępcy Kimiego Raikkonena, czy Jaguar Racing. Miesiąc później zostało potwierdzone, że Felipe Massa podpisał kontrakt z Sauberem. We wrześniu 2001 roku jego menedżer Flavio Briatore miał w planach zatrudnić Hiszpana do Benettona. Wszystko pokrzyżowało bankructwo zespołu, który został kupiony przez Renault. Ostatecznie Alonso musiał się zadowolić funkcją kierowcy testowego Renault przez sezon 2002.
2002–2006: Renault 2002 i 2003 Alonso jako tester Renault przejechał bolidem 1642 okrążenia podczas testów. W sezonie 2003 Fernanda zatrudniono jako kierowcę etatowego Renault, jego partnerem został Jarno Trulli. W Grand Prix Malezji Fernando Alonso zdobył pierwsze w karierze Pole Position, wyścig zakończył na trzecim miejscu, tak jak następny w Brazylii. W swoim domowym wyścigu w Hiszpanii zdobył drugie miejsce. Podczas trzynastej rundy sezonu, Grand Prix Węgier, Alonso odniósł pierwsze w karierze zwycięstwo, a także pierwsze dla odrodzonego Renault. Sezon zakończył na szóstym miejscu z dorobkiem 55 punktów i czterema miejscami na podium.