1983年シーズン、セナはイギリスF3選手権にウエストサリー・レーシングから参戦し、シーズン前半は連勝を続け選手権首位を独走した。しかし後半戦以降はエディ・ジョーダン・レーシング所属のマーティン・ブランドルがセナとの差を縮め、両者の関係が険悪になるほどの激しいタイトル争いとなったが、最終的にセナが僅差でチャンピオンを獲得した[21]。最終成績は、20戦中12勝という当時の最多勝記録だった。

また、初めてF3規格で開催されたマカオGPにセオドールから参戦し、2ヒートを連取して優勝した。この年のマカオGP予選でセナが記録したタイムは、1990年にミカ・ハッキネンとミハエル・シューマッハが更新するまで、7年にわたりコースレコードであった。

なおセナがイギリスF3王者・マカオGP優勝者となったときのマシンはいずれも、トヨタ・2T-Gエンジンを搭載していた[22]。

この頃から、父方の姓「ダ・シルバ」ではなく母方の姓「セナ」を表向きに名乗るようになる。
F1
デビュー前の交渉

F1へステップアップする際には、マクラーレン、ウィリアムズ、ブラバム[23]のマシンテストに招かれ[24]交渉し、当初ブラバム入りが有力となるも、当時ブラバムのエースで前年チャンピオンであるネルソン・ピケが反対したため実現しなかったとの説があった[25]。ブラバムのボスだったバーニー・エクレストンによると、1983年オフのテストで何名かの若手をテストし[注釈 2]、一番速かったセナをエクレストンも強力に欲していた。しかしメインスポンサーのイタリア乳製品企業「パルマラット」がチームの2名ともブラジリアンになる事へ難色を示し、1人はヨーロッパドライバーにとの要求があったため[26]、エクレストンはイタリア人のテオ・ファビをピケのサポート役に決定。セナのブラバム入りはご破算となった。その後、複数チームとの交渉を経て、デレック・ワーウィックを移籍で失ったトールマンと契約締結しF1デビューが決まった。
トールマン時代トールマンTG184・ハート
1984年

初戦ブラジルGPは前年型のTG183で出場。ターボトラブルでリタイアしたが、第2戦南アフリカGPで6位に入り、初入賞を達成。しかし前年型マシンはワーウィックやブルーノ・ジャコメリに合わせて作られておりステアリングが重く、腕力を必要としたため、まだ線の細かったセナは体力面で苦労をしていた[注釈 3][映像 1]。第4戦サンマリノGPではチームがピレリからミシュランへとタイヤメーカー契約を変える際の契約トラブルも重なり、キャリア唯一となる予選落ちを喫している。第5戦からニューマシンTG184が投入されると、大雨でハーフレースとなった第6戦モナコGPでは、予選13位から追い上げ2位でフィニッシュ。自身とトールマンにF1初の表彰台をもたらすと同時に、自身初のファステストラップも記録した[27]。

第10戦イギリスGP・最終戦ポルトガルGPでも3位に入り、計3度の表彰台を経験。またティレル勢の「水タンク事件」による記録抹消に伴い、7位で完走していた第3戦ベルギーGPが6位に繰り上がったため、入賞は参戦した15戦中5レースとなった。予選最高位は、ポルトガルGPでの3位グリッドだった。

マシントラブルやF1での経験不足から安定した結果は残せなかったが、第8戦デトロイトGPでの予選7位、第9戦ダラスGPでの予選6位から一時4位走行、ドイツGPでの一時5位走行等、市街地コースを中心に速さを垣間見せることとなった。リタイヤは8回を数えたが、それでもランキングでロータスのナイジェル・マンセルと並び9位に入った。

シーズンの途中で翌年からのロータス移籍を発表するが、トールマンとは3年契約を結んでいたため二重契約として問題になった。結局はロータスとセナがトールマンに違約金を支払い、セナ自身に1レースの出走禁止の処分を課すことを条件に翌年からのロータス移籍は実現した。この影響でセナは第14戦イタリアGPでピエルルイジ・マルティニにシートを明け渡した。実質上の代役はステファン・ヨハンソンであるが、イタリアGP後怪我で出走出来ないジョニー・チェコットの代役の座に移った。そのためイタリアGPのみヨハンソンがカーナンバー19のセナのマシンに乗っている。

また、この年にはF1とスケジュールが重ならなかった6月15日のWEC第4戦ニュルブルクリンク1000kmレースにヨースト・レーシングのNEWMANポルシェ・956（アンリ・ペスカローロ、S.ヨハンソンとのチーム）で参戦し、これがグループCカー及び耐久レースへの唯一となる参戦歴となっている（予選9位/決勝8位）[28]。
ロータス時代
1985年

当時名門に数えられていたロータスに移籍し、F1通算16戦目となる第2戦ポルトガルGPで自身初のPPを獲得した。豪雨となった決勝でもスタートから終始トップを走行し、2位のミケーレ・アルボレートに1分以上の差をつけ、3位以下は全て周回遅れにする独走でF1初優勝を果たした[29]。しかしシーズン前半は安定感に欠け、入賞レースはポルトガルGPのみだった。一方で、セナの速さはFLや連続PPなどの記録として表れ始めた。

シーズン後半には決勝レースでの結果も安定し、第10戦オーストリアGPから5戦連続で表彰台に立つ。特に、雨となった第13戦ベルギーGPでは、予選2位からスタートでトップを奪い、以後ゴールまで独走というポルトガルGPと類似した展開で自身2勝目を挙げた。マシントラブルやガス欠などにより、予選でのPP7回に対し優勝は上記の2回のみとなったが、シーズン後半に安定してポイントを積み重ねたことで、ロータスのエースだったエリオ・デ・アンジェリスを上回るランキング4位となった。

「予選」と「雨」に強さを見せた一方で、車体下面・後方から立ち上がる火花などからマシンのレギュレーション違反が疑われて[注釈 4]検査がなされたり（違反項目は見つからず）、ダーティーな走りが問題にされる一面もあった。