Karl-Heinz Lehmann gehörte dem ASK Vorwärts Frankfurt an und wurde dort von Hubert Sturm und Herbert Niemann trainiert. Als Leichtgewichtler hatte er im Armee-Sportclub mit Karl-Heinz Werner und Torsten Reißmann zwei sehr gute Trainingspartner. In der Auswahlmannschaft des Deutschen Judo-Verbandes der DDR gewann Lehmann bei den Olympischen Sommerspielen 1980 in Moskau eine Bronzemedaille im Leichtgewicht (-71 kg). Im Jahr darauf gewann er die DDR-Meisterschaft und löste damit den dreimaligen DDR-Meister Günter Krüger vom SC Dynamo Hoppegarten ab. Außerdem wurde Lehmann bei den Europameisterschaften 1981 in Debrecen Europameister. Bei den Judo-Weltmeisterschaften im gleichen Jahr in Maastricht wurde er WM-Dritter.