2015 trat Lotterer ein weiteres Mal zusammen mit Fässler und Tréluyer für das Audi Sport Team Joest in der FIA-Langstrecken-Weltmeisterschaft an. Das Trio gewann die ersten beiden Rennen in Silverstone und Spa-Francorchamps. Beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans wurden sie Dritte. Die drei Fahrer standen bei jedem Rennen auf dem Podium. Sie unterlagen am Saisonende Timo Bernhard, Brendon Hartley und Mark Webber mit 161 zu 166 Punkten und wurden Gesamtzweite. Darüber hinaus absolvierte Lotterer 2015 für TOM’S eine weitere Saison in der Super Formula. Mit drei Siegen war er der Fahrer mit den meisten Siegen, dennoch unterlag er in der Meisterschaft Hiroaki Ishiura und seinem Teamkollegen Nakajima und wurde Gesamtdritter. Außerdem nahm Lotterer an einem Rennen der Blancpain Endurance Series teil.