L'Alfa Romeo 33/3 a fait ses débuts en 1969 aux 12 Heures de Sebring. Le moteur a été agrandi à 2998 cc (183ci) avec 400 ch (298 kW), ce qui place le 33/3 dans la même catégorie que la Porsche 908 et la Ferrari 312P. Le châssis était maintenant une monocoque. La nouvelle voiture s'est mal comportée à Sebring et Alfa n'a pas participé au Mans après la mort de Lucien Bianchi lors d'une séance d'essais. La voiture a remporté quelques victoires dans des compétitions plus modestes, mais dans l'ensemble, la saison 1969 n'a pas été un succès, et Alfa Romeo s'est classée septième au Championnat international de la marque en 1969.
En 1970, les Porsche 917 et Ferrari 5.0L de 5.0L dominaient, mais Toine Hezemans et Masten Gregory ont pris la troisième place au général à Sebring, et Andrea De Adamich et Henri Pescarolo ont remporté leur catégorie dans la Zeltweg 1000km, terminant deuxièmes. Toujours en 1970, une Alfa T 33/3 est l'un des "acteurs" du film Le Mans de Steve McQueen, sorti en 1971.
En 1971, l'effort de course de l'Alfa Romeo a finalement été couronné de succès. Rolf Stommelen et Nanni Galli ont remporté leur classe aux 1000 km de Buenos Aires (suivis de De Adamich et Pescarolo), avant de remporter une nouvelle victoire de classe (et deuxième au général) à Sebring. De Adamich et Pescarolo se sont ensuite imposés directement aux 1000 km de Brands Hatch, un résultat significatif contre les 917 "invincibles". Ils ont ensuite remporté une victoire de classe à Monza (où Alfa Romeo a pris les trois places sur le podium dans la catégorie prototype) et une autre à Spa. Au Targa Florio, Vaccarella et Hezemans se sont imposés directement, suivis de leurs coéquipiers De Adamich et Gijs Van Lennep. Hezemans et Vaccarella ont gagné leur classe à Zeltweg, et De Adamich et Ronnie Peterson ont gagné au total à Watkins Glen. Alfa Romeo a terminé la saison à la deuxième place du championnat. En 1972, les voitures de sport du groupe 5 de 5 litres ont été interdites et les voitures de 3 litres d'Alfa Romeo, Ferrari et Matra, rebaptisées voitures de sport du groupe 5, ont concouru ensemble pour des victoires incontestables.