L'année 2018 débute par une victoire dans le tournoi de qualification de l'Open de Chine, contre Ryan Day, 6-3. Il parvient jusqu'en huitièmes de finale grâce à des victoires sur Liam Highfield et Fergal O'Brien, avant de perdre contre le futur vainqueur, Mark Selby. Lors des qualifications pour le championnat du monde, il bat Fang Xiongman (10-8). Il rencontre au second tour Martin O'Donnell. Mené 5-9, Lü remporte les 5 manches suivantes, et le match, 10-9. Au troisième et dernier tour, il domine Rory McLeod (10-2), en remportant les 9 dernières manches, et se qualifie pour la première fois de sa carrière au tableau principal du championnat du monde, au Crucible. Opposé à Marco Fu, qui n'avait pas concouru pendant en raison d'une opération à un œil, Lü s'impose sur le score de 10-5, en réalisant deux century breaks. Il devient à cette occasion le plus jeune joueur à gagner un match au Crucible depuis Ronnie O'Sullivan lors de l'édition 1995. Au deuxième tour, il affronte Barry Hawkins. Malgré un retard de 4-0 et 8-3, il revient au score à 9-9, mais finit par perdre, 13-10. Lü Haotian termine la saison 2017-2018 avec de prix et se classe au classement, ce qui lui permet de renouveler pour sa carte sur le circuit professionnel. Il a été l'un des deux seuls joueurs (l'autre étant le champion des Masters, Mark Allen) à atteindre les huitièmes de finale du championnat du monde, du championnat du Royaume-Uni et de l'Open de Chine, les trois tournois classés les plus importants.