El año siguiente fue uno de sus mejores años, quedando tercero final y primer F3 del campeonato con Citroën Saxo Kit Car y con Mario González Tomé en el asiento de su derecha ya que su hermano ese año disputó campeonato de España y alguna prueba del mundial con Manuel Muniente como piloto.

En ese año inició su asalto al Mundial Junior (JWRC) con su Fiat Punt Kit Car, con el que se clasificó octavo, superado por pilotos como Sébastien Loeb.

Para el 2007, ante la entrada en el campeonato de los coches denominados GT´s (con base en deportivos de alta gama de calle), adquirió un Porsche 997 GT3 con el que fue la sensación del campeonato, obteniendo victorias en Canarias y Ferrol, gracias a las cuales mantuvo sus opciones al título hasta la última carrera, frente a Miguel Fuster y Alberto Hevia.

El equipo ficha además a Luis Moya como director deportivo, y Xavi Pons se define definitivamente como compañero de equipo, al que se suman los pilotos Álvaro Muñíz, Adrián Díaz y Marta Suria.

Sin haber probado este coche nada más que unos pocos kilómetros, se metió directamente a competir quedando 2º en la clasificación general solo por detrás de Xavi Pons.

En 2011 compitió a bordo de un Lotus Exige[4]​ en las tres primeras carreras obteniendo una segunda plaza como mejor resultado.

En Ferrol, en una dura prueba con diversos abandonos, Sergio se llevó el triunfo seguido de Pedro Burgo con otro Porsche 911 GT3 y de Fuster que tuvo problemas en el último tramo y cayó a la tercera plaza.

En el Príncipe fue segundo por detrás de Fuster que volvió a vencer en Llanes donde Vallejo sufrió una salida de pista en el segundo tramo y no pudo sumar puntos.

En Cantabria donde llegaron con apenas 5 puntos de diferencia, tanto Sergio como Fuster tenían opciones para proclamarse campeón matemáticamente.

Fuster se adjudicó la victoria pero el segundo puesto le servía a Vallejo para conservar la primera posición con apenas medios punto.

Sumo un nuevo abandono en Madrid y terminó tercero del campeonato por detrás de Fuster e Iván Ares.

Aun así acude a la última prueba del calendario, Madrid, donde recupera el Porsche aunque si éxito.

Se inicia una profunda restauración de la primera unidad mientras que empieza a competir con la segunda.

Álvaro Louro, anteriormente Director Técnico del equipo, reinicia su carrera como copiloto a la derecha de Sergio Vallejo.

Pese a que Pepe López y Diego Vallejo deciden separar su carreras, Álvaro Louro se mantiene como copiloto de Sergio.