Hill maakte voor het seizoen 1967 een terugkeer bij Lotus, het team dat met Jim Clark inmiddels al grote successen had behaald. Hill werd een belangrijke schakel in de ontwikkeling van de Lotus 49 met de nieuwe Cosworth-V8 motoren. Na de tragische dood van teamgenoten Clark en Mike Spence, nam Hill het team van Lotus in 1968 op sleeptouw. Hij werd met drie overwinningen en nog eens twee andere podiumplaatsen, voor de tweede keer in zijn carrière wereldkampioen. Ondanks dit succes hadden de Lotus auto's ook de reputatie onveilig te zijn, onder andere door de opkomst van aerodynamische onderdelen, die vergelijkbare ongelukken veroorzaakte bij Hill en collega-rijder Jochen Rindt tijdens de Grand Prix van Spanje in 1969. Opnieuw een zwaar ongeluk tijdens de Grand Prix van de Verenigde Staten op Watkins Glen International later dat jaar, zag Hill allebei zijn benen breken. Hill maakte een voorspoedige revalidatie mee, maar zou niet meer een terugkeer maken bij de officiële Lotus inschrijving van Colin Chapman. Daarentegen kreeg hij in het seizoen 1970 een plaats binnen het team van Rob Walker, die Hill nog de gelegenheid gaf om aan races deel te nemen in een splinternieuwe Lotus 72. Verder dan enkele finishes binnen de punten kwam het echter niet.