I 2013 testede Davison en bil for Dale Coyne Racing på Mid-Ohio Sports Car Course. Et par uger senere blev det meddelt at han ville køre holdets bil nr. 18 i løbet der. Det ville være hans første open wheel race optræden siden 2009. Efter Sebastian Bourdais' forfærdelige ulykke under kvalifikationen til Indianapolis 500 i 2017, blev det annonceret, at James ville træde ind i nummer 18 Dale Coyne Racing Honda for resten af sæsonen. I de senere stadier af løbet, Davison matchede en rekord sat af Tom Sneva i 1980 og blev den tredje kører i Indy historie til at starte 33. og lede omgange i løbet, efter at have ledet to omgange. Han blev ramt af en ulykke, da der var 17 omgange tilbage. Et år senere kvalificerede Davison sig knapt til Indianapolis 500 i 2018, hvor han slog sin rival James Hinchcliffe. Han endte på sidstepladsen, efter et uheld på omgang 47 forårsaget af kontakt med Takuma Satos bil. Davison sluttede på sidste plads igen ved Indianapolis 500 i 2020
På grund af en mekanisk fejl kun seks omgange ind i løbet.