I 2009 kjøpte Wolff en andel Av Williams Formula One-Laget og ble med i styret. I 2012 ble han utnevnt til administrerende direktør For Williams F1 og laget tok sin siste løpsseier til dags dato på det årets spanske Grand Prix med Pastor Maldonado.I januar 2013 forlot Wolff Williams F1 for å bli administrerende direktør I Mercedes AMG Petronas Formula One Team, med Sin forretningspartner Rene Berger som ikke-administrerende direktør. I tillegg til å bli med i teamet som managing partner, kjøpte Han også 30% Av Mercedes-Benz Grand Prix Ltd, med ytterligere 10% eid Av Niki Lauda og 60% av morselskapet.

Wolff overtok koordineringen av Alle mercedes-Benz motorsportaktiviteter, et Ansvar Norbert Haug tidligere hadde. I 2014 solgte Wolff to tredjedeler Av Sine Williams-aksjer til Den Amerikanske forretningsmannen Brad Hollinger. Den 9. Mars 2016 solgte Wolff sine gjenværende aksjer I Williams-laget.Som medeier av Både WilliamsF1 (hvor kona Susie jobbet som testfører frem til November 2015) og Mercedes Grand Prix, feiret Wolff mange pallplasseringer og suksesser for begge lag, for eksempel en 1-2-3-4-finish på Spielberg, Østerrike i sitt ‘home race’, Samt På Monza, Italia, i Både Kvalifiserings-og Løpsklassifiseringer.I 2020 vant Mercedes sitt syvende verdensmesterskap på rad. Rekorden Hadde Tidligere Blitt holdt Av Ferrari da Den vant fem påfølgende dobbelt-vm mellom 2000 og 2004. Mercedes har også rekorden for syv Førermesterskap på rad fra 2014 til 2020. Denne rekorden ble også tidligere holdt Av Ferrari med fem titler fra 2000 til 2004. I 2020 overgikk Mercedes sin rekord på syv Konstruktørmesterskap på rad Ferraris seks Konstruktørmesterskap på Rad mellom 1999 og 2004. Wolffs prestasjoner ble anerkjent gjennom presentasjonen Av En John Bolster Award Fra Todt på 2018 Autosport Awards. Wolff mottok Deretter Presidentens Pris Fra Todt, Sammen med team non-executive Chairman Niki Lauda, på 2018 FIA Prize Giving Gala holdt i St. Petersburg, Russland.

2018 viste Seg Å være Det mest vellykkede motorsportåret I Mercedes-Benz ‘ historie. Selskapet vant Begge F1-titlene, F2 med George Russell, European F3 med Mick Schumacher, alle tre titlene i sin siste sesong AV DTM-konkurranse med Gary Paffett som sikret førerens tittel, Både F1 eSports titler og mange mesterskap i kunderacing.

For 2019 fortsatte Mercedes sin suksess ved å sikre et sjette påfølgende dobbelt – vm på Den Japanske GP, da laget sikret Konstruktørtittelen, og bare En Av Lewis Hamilton og Valtteri Bottas kunne fortsatt bli Førermester. Dette er en enestående prestasjon i sportens historie. Per 2019 Er Wolff den eneste Laglederen som har vunnet mer enn fem påfølgende dobbelt – vm.

I 2020 har Mercedes sikret seg et syvende påfølgende dobbelt verdensmesterskap. Dette setter rekord for konstruktørmesterskapet på rad, foran de seks som Ferrari oppnådde fra 1999 til 2004. I samme sesong ble Lewis Hamilton den mest suksessrike føreren når Det gjelder løpsseire i 2020 portugisisk GP, og sikret et syvende verdensmesterskap i førermesterskapet i tyrkisk GP for å knytte Den all-time-rekorden Som Ble holdt Av Michael Schumacher.Siden innføringen av turbo-hybrid-regelverket i 2014 har Mercedes vunnet 102 av 138 løp under Wolffs ledelse. Laget har tatt 109 av 138 pole positions, 70 lockout på første rad og 204 av 276 mulige pallplasseringer. Siden Wolff kom Til Mercedes i 2013, har teamet oppnådd en vinnende prosentandel på 68%.Etter Slutten av 2020 F1 sesongen signerte Wolff en ny avtale Med Mercedes som ville se Ham fortsette som lagsjef og ADMINISTRERENDE DIREKTØR i ytterligere 3 år.