Em 1970, já na Europa, disputou o Campeonato Inglês de Fórmula 3, sagrando-se campeão.
Em 1971 venceu o GP de Imola de Fórmula 2. Com esta vitória, conseguiu um convite para integrar a equipe de Protótipos da Ferrari a partir da temporada de 1972, tendo como melhor resultado o segundo lugar nas 24 horas de Le Mans de 1973.
O ingresso na Fórmula 1 deu pela equipe Williams, que na época utilizava carros March da temporada anterior. Ainda assim, Pace pontuou duas vezes, terminando o campeonato em 16º lugar, com três pontos.
No ano seguinte, paralelamente ao Campeonato de Protótipos, disputou a Fórmula Um pela equipe Surtees. Terminou o campeonato em 11º lugar, com 7 pontos, conseguindo como melhor resultado o 3º lugar na Áustria. Foi escolhido o quarto melhor piloto do mundo pelo anuário Autocourse, perdendo para Jackie Stewart, Ronnie Peterson e Emerson Fittipaldi.
Em 1974, começou a temporada novamente na Surtees. Na metade da temporada, mudou de equipe, passando a disputar o campeonato pela Brabham, onde conseguiu o segundo lugar em Watkins Glen, nos Estados Unidos. Terminou o campeonato em 12º lugar, com 11 pontos.
Em 1975, disputando a temporada pela Brabham, Pace fez sua melhor temporada no automobilismo. Além da Fórmula 1, participou do Campeonato Brasileiro de Turismo e sagrou-se campeão do Grupo 1. Venceu também as 25 horas de Interlagos. Seu principal feito na temporada veio no segundo GP de 1975, no Brasil. Pace venceu a corrida, fazendo dobradinha com Emerson Fittipaldi; a primeira na Fórmula 1. Terminou a temporada em 6º, com 24 pontos.
O campeonato de 76 não foi muito bom para Pace. Utilizando os motores Alfa Romeo, que eram pesados e gastavam muita gasolina, fez apenas 7 pontos, terminando em 14º lugar. Naquele ano atuou como dublê de Al Pacino[3] no filme Bobby Deerfield nas cenas de competição nos GPs do Brasil, África do Sul e Estados Unidos.
Em 1977, um segundo lugar no Grande Prêmio da Argentina foi o último pódio e os últimos pontos de José Carlos Pace. Participou de mais duas corridas, Brasil e África do Sul, sem pontuar.
Morte
No dia 18 de março de 1977, o avião em que viajava, um pequeno monomotor de propriedade do também piloto Marivaldo Fernandes,[4] bateu numa árvore na Serra da Cantareira, município de Mairiporã, após decolar do Aeroporto Campo de Marte no início de uma violenta tempestade, tendo Pace e os outros quatro ocupantes (inclusive Marivaldo) morte imediata.
