Il 23 aprile 2018 fu impiegato per la prima volta da lanciatore partente, rimanendo sul monte di lancio contro i Miami Marlins per cinque inning durante i quali non incassò punti. Il successivo 4 maggio, contro i San Diego Padres, Buehler lanciò per 6 inning con 8 strikeout senza subire alcuna valida, prima di essere sostituito dopo 93 lanci: i successivi rilievi dei Dodgers chiusero anch'essi la partita senza concedere valide, dando così luogo alla prima no-hitter combinata nella storia della franchigia losangelina. Il 22 agosto nel derby contro i Los Angeles Angels ottenne 9 strikeout, nuovo massimo personale della sua giovane carriera, mentre il 19 settembre contro i Colorado Rockies ne ottenne 12. Il suo record stagionale in regular season fu di 8-5, con una media PGL di 2,62 e 151 strikeout. In gara 3 delle World Series contro i Boston Red Sox, lanciò per 7 inning senza subire punti: i Dodgers vinsero 3-2 quella partita, ma alla fine furono gli avversari a conquistare la serie e il titolo. Buehler finì terzo nelle votazioni per il rookie dell'anno della National League, dietro agli esterni Ronald Acuña Jr. e Juan Soto.