thumb|Roberto Merhi podczas wyścigu Formuły 3 na torze Hockenheimring w sezonie 2009 thumb|Roberto Merhi w 2011 roku W roku 2009 awansował do Formuły 3 Euroseries, za sprawą brytyjskiego zespołu Manor Motorsport. Zmagania w tej serii zakończył na 7. pozycji, z dorobkiem czterech miejsc na podium. Z tą samą ekipą gościnnie wystąpił również w jednej rundzie Brytyjskiej Formuły 3, na portugalskim torze Autódromo Internacional do Algarve (obu wyścigów jednak nie ukończył).
W 2010 roku przeniósł się do niemieckiego zespołu Mücke Motorsport, po tym, jak brytyjska stajnia opuściła serię. Hiszpan i tym razem czterokrotnie znalazł się w czołowej trójce, a podczas drugiego wyścigu na torze Hockenheimring odniósł pierwsze zwycięstwo w karierze. Zdobyte punkty sklasyfikowały go na 5. miejscu. W tym samym sezonie Merhi brał udział również w nowo powstałej serii GP3, nawiązując współpracę z brytyjską ekipą ATECH CRS GP począwszy od trzeciej eliminacji na hiszpańskim torze w Walencji. Już w pierwszym starcie Hiszpan dwukrotnie znalazł się na podium, plasując się na trzeciej oraz drugiej lokacie (w niedzielę uzyskał także najszybszy czas okrążenia). Po punkty sięgał jeszcze trzykrotnie, w tym po raz drugi na średnim stopniu (w sobotnim wyścigu na Spa-Francorchamps). Dobra postawa na włoskiej Monzy wywindowała go ostatecznie na 6.