Spisywał się dobrze w słabym bolidzie, nie podpisał jednak kontraktu z żadnym zespołem na starty w sezonie 2005.
2005: Williams W trakcie zimy, Nick testował ze stajnią Williams, konkurując o posadę w zespole z Antônio Pizzonią. 31 stycznia 2005, podczas prezentacji nowego bolidu oświadczono, że to Heidfeld zostanie drugim kierowcą zespołu u boku Marka Webbera. W trakcie sezonu Nick wywalczył pole position i trzykrotnie stawał na podium, a w klasyfikacji generalnej zajął 9. miejsce.
2006–2009: BMW Sauber W sezonie 2006 Nick powrócił do zespołu Sauber, ale wykupionego przez BMW i przemianowanego na BMW Sauber. Jego partnerem został Jacques Villeneuve, którego od Grand Prix Węgier 2006 zastąpił Robert Kubica. W sezonie 2007 został w BMW Sauber i zajął 5. miejsce w końcowej klasyfikacji sezonu z dorobkiem 61 punktów, stając dwukrotnie na podium. W tym sezonie był wyraźnie z przodu przed Robertem Kubicą, który zajął 6. miejsce. W kolejnym był już wyraźnie słabszy od Polaka, który pokonał go w klasyfikacji generalnej. Ogólnie był to dla niego ciężki sezon. Głównym problemem Niemca były kłopoty z rozgrzewaniem opon, co było powodem słabych pozycji w kwalifikacjach. Kilkakrotnie nie awansował do finałowej części. Mimo to stanął aż czterokrotnie na drugim stopniu podium, jednak w dość sprzyjających okolicznościach.