Bei den Halleneuropameisterschaften 2011 in Paris gewann Lemaitre hinter dem Portugiesen Francis Obikwelu und dem Briten Dwain Chambers die Bronzemedaille im 60-Meter-Lauf. In der Freiluftsaison gelangen ihm weitere Verbesserungen im 100-Meter-Lauf. Am 7. Juni 2011 steigerte er sich in Montreuil auf 9,96 Sekunden. Elf Tage später lief er bei seinem Sieg bei der Leichtathletik-Team-Europameisterschaft in Stockholm abermals eine Hundertstelsekunde schneller. Damit erzielte er die beste Zeit eines Europäers in den letzten sieben Jahren, seit Francis Obikwelu bei den Olympischen Spielen 2004 in Athen den Europarekord auf 9,86 Sekunden verbessert hatte. Kurz darauf lief Lemaitre bei der Athletissima in Lausanne erneut 9,95 Sekunden und wurde Dritter hinter den Jamaikanern Asafa Powell und Michael Frater. Bei den Französischen Meisterschaften am 29. Juli 2011 verbesserte er seine Zeit auf 9,92 Sekunden.