Di Grassi diumumkan sebagai salah satu dari dua pembalap dari tim Virgin Racing baru pada 15 Desember 2009 dan akan bermitra dengan mantan saingan GP2 Series Timo Glock dalam kesepakatan yang diprediksi oleh BBC Radio Sheffield. Faktor penting dalam keputusannya adalah kesempatan untuk bekerja dengan John Booth, kepala tim Virgin. Dilaporkan oleh "The Daily Telegraph" bahwa di Grassi juga telah memberikan Virgin dengan nilai £ 5 juta dari sponsor. Menulis dalam "The Guardian's 2010 Formula One supplement", Alan Henry dan Rob Bagchi memprediksi bahwa Glock akan mengungguli di Grassi sepanjang musim. Dia pensiun dari dua putaran pembukaan musim (Bahrain dan Australia) karena masalah hidraulik. Namun keberuntungannya membaik di Sepang
di mana ia meraih finish pertamanya (dan terbaik) musim ini dengan posisi ke-14 meskipun harus melakukan paruh kedua perlombaan dalam mode penghematan bahan bakar karena masalah pengambilan dan kapasitas bahan bakar.