Sin embargo, finalmente la colaboración entre ambas formaciones se rompió. Lucke abandonó a los FW y su movimiento se convirtió en febrero de 2013 en el AfD, siendo elegido en abril uno de sus tres presidentes (junto a Frauke Petry y Konrad Adam). Para las elecciones federales de 2013, Lucke fue el candidato del AfD. Sin embargo, el partido no logró entrar en el Bundestag al no superar el 5% mínimo. Lucke fue el candidato de su partido para las Elecciones al Parlamento Europeo de 2014. En la elección, el AfD fue capaz de obtener el 7% de los votos y Lucke fue elegido como eurodiputado, desempeñándose en este cargo hasta 2019. Como eurodiputado, formó parte de la Comisión de Asuntos Económicos y Monetarios.