Tras varios años en Japón, Lotterer debutó en las carreras de resistencia en 2009, una disciplina que le ha dado muchos éxitos. Con un Audi R10 TDI del equipo Kolles acabó séptimo ese año antes de pasar a correr con Audi y ser segundo en 2010.

En 2011 le llegó la gloria al ganar las 24 Horas de Le Mans con el Audi R18 TDI del Audi Sport Team Joest junto a Fassler y Treluyer. Con el mismo equipo y los mismos compañeros también se impuso en Le Mans en 2012. Tras un paso atrás en 2013, volvió a ganar sus terceras 24 Horas de Le Mans en 2014.

Acabó tercero en 2015, cuarto en 2016 y abandonó (con Porsche) el año pasado. Disputará la edición 2018 de Le Mans con Rebellion en la principal categoría.