W styczniu 2017 roku Russell został przyjęty do młodzieżowego programu kierowców zespołu Formuły 1 Mercedes AMG Petronas, który zapewnił mu szkolenie w zespole F1 podczas weekendów wyścigowych obejmujących równoległe starty Serii GP3, w której Russell debiutował w sezonie 2017. Jego pierwszym doświadczeniem z bolidem F1 były testy w Brazylii i Abu Zabi w barwach Force India przed rozpoczęciem sezonu 2017. W sierpniu 2017 roku Russell był kierowcą testowym Mercedesa podczas testów na Hungaroringu.
Russell został kierowcą zespołu ART Grand Prix w serii GP3. Na 14 ukończonych wyścigów aż siedmiokrotnie stawał na podium i wygrał cztery z nich. Pierwsze zwycięstwo odniósł w drugiej rundzie, podczas drugiego wyścigu na Red Bull Ringu do którego startował z pole position. Sukces powtórzył dwa tygodnie później na Silverstone, gdzie po starcie z pole position pierwotnie stracił prowadzenie na rzecz Anthoine′a Huberta, ale był w stanie odzyskać zwycięską lokatę. Następnie, po raz trzeci był zwyciężył na torze Spa-Francorchamps do którego również startował z pole position, zaś czwarty triumf odniósł na włoskiej Monzie. W sezonie 2017 Russell czterokrotnie startował z pole position i pięciokrotnie osiągał najszybsze okrążenie wyścigu.