Indy Lights W roku 2009 (w zespole Bryan Herta Autorsport) Brazylijczyk zaliczył udział w trzech rundach amerykańskiej serii Indy Lights. Felipe dwukrotnie zameldował się w pierwszej trójce, zajmując podczas zmagań na Watkins Glen oraz Infineon Raceway odpowiednio trzecie oraz drugie miejsce. Zdobyte punkty sklasyfikowały go na 23. pozycji.
Seria GP3 Na sezon 2010 Guimarães podpisał kontrakt z hiszpańską ekipą Barwa Addax, na starty w nowo utworzonej Serii GP3. Brazylijczyk trzykrotnie dojechał w czołowej siódemce, stając przy tym na najniższym stopniu podium w pierwszym wyścigu na tureckim torze Istanbul Park. Ostatecznie rywalizację ukończył na 16. lokacie.
Formuła 3 W Formule 3 Brazylijczyk po raz pierwszy wystąpił w 2011 roku w edycji południowoamerykańskiej. Zajął tam dziesiąte miejsce w klasyfikacji generalnej. Rok później odniósł już tam cztery zwycięstwa. Z dorobkiem osiemdziesięciu punktów uplasował się wówczas na czwartym miejscu w końcowej klasyfikacji kierowców. W sezonie 2013 wygrał trzynaście z osiemnastu wyścigów. Z ogromną przewagą pokonał wszystkich rywali i zdobył mistrzowski tytuł. W tym samym roku wygrał wyścig Formuła 3 Brazil Open, co powtórzył również rok później.