Enkele dagen na de 24 uur van Daytona werd bekend dat Alonso in het seizoen 2018-2019, naast zijn verplichtingen in de Formule 1, deelneemt aan het FIA World Endurance Championship, waarin hij bij het fabrieksteam van Toyota een auto deelt met Sébastien Buemi en Kazuki Nakajima. Hij zal alle races in het kampioenschap rijden. Eerst zou dit zijn met uitzondering van de race op de Fuji Speedway, die samenvalt met de Grand Prix van de Verenigde Staten, maar voor marketing redenen is de kalender van het WEC veranderd zodat Alonso ook die race zou kunnen rijden. Ook maakt hij hierdoor zijn debuut in de 24 uur van Le Mans. Op 5 mei 2018 wonnen Alonso, Buemi en Nakajima de race in Spa-Francorchamps in de Toyota met startnummer 8. Op 17 juni 2018 behaalde het drietal tevens hun eerste zege in de 24 uur van Le Mans. Bij de eerstvolgende race na de 24 uur van Le Mans, de 6 uur van Silverstone, wonnen Alonso, Buemi en Nakajima wederom. Het was hun derde zege op rij in het kampioenschap. Echter werd na de race duidelijk dat de auto van Toyota niet door de technische keuring kwam. Diskwalificatie volgde en zege van het drietal kwam te vervallen. In de races in Fuji en Shanghai finishte het trio als tweede achter de andere Toyota van Mike Conway, Kamui Kobayashi en José María López. De daaropvolgende races in Sebring en Spa-Francorchamps werden gewonnen door Alonso, Buemi en Nakajima. In de seizoensafsluiter, opnieuw in Le Mans, won het trio opnieuw en werden zij uitgeroepen tot kampioen in de LMP1-klasse van het FIA World Endurance Championship.