Seit 2011 spielt Lukáš Rosol für die tschechische Davis-Cup-Mannschaft. In der Saison 2012 qualifizierte sich die Mannschaft zum zweiten Mal nach 2009 für das Finale, welches in Prag ausgetragen wurde. Lukáš Rosol stand im Finale gegen Spanien im Aufgebot, wurde jedoch nicht eingesetzt; Tschechien gewann den Davis Cup mit einem 3:2-Sieg. Zu Einsätzen kam er jeweils gegen Italien in der ersten Runde und Serbien im Viertelfinale. Er bestritt jeweils ein Einzel, welches er gegen Andreas Seppi bzw. Viktor Troicki gewann. 2013 verteidigte er mit Tschechien erfolgreich den Titel, kam aber wie schon im Vorjahr im Finale nicht zum Einsatz. Er bestritt in der ersten Runde, im Viertel- und Halbfinale insgesamt vier Einzelpartien, von denen er zwei gewann sowie eine Doppelpartie mit Tomáš Berdych. Diese gewannen die beiden mit 24:22 im fünften Satz gegen die Schweiz.