Aligné sur trois épreuves lors des Championnats d'Europe par équipes de Stockholm, les 18 et , Lemaitre remporte l'épreuve du en 9 s 95 (vent favorable de 1,1 m/s), devant Dwain Chambers (10 s 07) et Francis Obikwelu (10 s 22), et améliore sa précédente meilleure marque d'un centième de seconde, signant son deuxième record de France en moins de deux semaines. Cette performance constitue le meilleur temps réalisé par un athlète européen depuis sept ans (9 s 86 par le portugais Francis Obikwelu en 2004). Il se classe deuxième du relais , derrière l'équipe du Royaume-Uni, en 38 s 71. Le lendemain, malgré la pluie, une piste mouillée et un vent défavorable de 2,8 m/s, il réalise 20 s 28 sur , ce qui est alors sa performance sur cette distance, derrière l'ancien record de France qu'il codétient avec Gilles Quénéhervé en 20 s 16. Il ne réalise pas la meilleure performance européenne de l'année, mais avec un climat plus favorable (pas de pluie, vent nul et piste sèche), Lemaitre aurait pu viser le record de France. Il relègue le , le Polonais Kamil Kryński à plus d'une demi-seconde (20 s 83).