Palmer también ha participado en un segundo Trofeo Otoño, y dominó el campeonato al ganar cuatro de las seis carreras.

El Trofeo Otoño y el Shootout FPA también trajo terceros lugares de Palmer, consiguiendo tres podios en las seis carreras.

En la temporada 2011 de GP2 Series, corrió con la escudería Arden International, no logró puntuar en ninguna carrera consiguiendo dos novenos puestos como mejores resultados.

Al año siguiente, con el equipo iSport, consigue su primera victoria en la segunda carrera de Mónaco, y dos podios más para acabar 11º en el campeonato.

El británico se cambió al equipo DAMS para la temporada 2014; dominó el año con 4 victorias: Baréin corta, Mónaco larga, Monza corta, y Rusia larga, ocho podios adicionales, y solo no sumó puntos en dos carreras de las 22 disputadas, consagrándose campeón de la GP2 Series.

Sin embargo, el rendimiento del RS16 era muy poco competitivo, aunque en la primera carrera, con la bandera roja provocada por un accidente entre Fernando Alonso y Esteban Gutiérrez, permitieron que Jolyon se colase cerca de los puestos de puntos (12.°) y más adelante, rodara 9°, hasta que fuese adelantado por Carlos Sainz Jr.

El alemán sumó puntos habitualmente en la primera parte del año, pero Palmer solo lo haría en el Gran Premio de Singapur, donde logró finalizar sexto.