Faits: A. C._ travaillait à plein temps comme chef de projet au service de la Fondation X._. Le 11 octobre 2005, il a déposé une demande de prestations de l'assurance-invalidité (AI). Dans le cadre de l'instruction de cette demande, l'Office AI pour le canton de Vaud (ci-après : l'office AI) a recueilli divers renseignements médicaux. Il en ressortait qu'à la suite d'une entorse survenue au service militaire, l'assuré avait subi une arthrodèse tibio-tarsienne de la cheville droite en 1991, ainsi qu'une double arthrodèse sous-astragalienne et du Chopart en 2000; qu'il s'était trouvé en incapacité de travail à des taux variables du 12 octobre 2004 au 4 avril 2005 pour des problèmes lombaires (status après hémilaminectomie L5-S1 gauche le 6 décembre 2004); enfin, qu'une recrudescence des douleurs avait conduit à une nouvelle période d'incapacité de travail dès le 25 avril 2005 (d'abord à 75 %, puis à 50 % et à 100 % du 25 mai au 5 juin et à partir du 26 septembre 2005) ainsi qu'à une seconde intervention chirurgicale au dos pratiquée le 14 novembre 2005 (spondylodèse L5-S1). Afin de déterminer quelles étaient les limitations fonctionnelles et la capacité de travail résiduelle de l'assuré compte tenu de ces atteintes, l'office AI a décidé d'ordonner une expertise rhumatologique qu'il a confiée au docteur G._. Dans son rapport du 15 novembre 2006, ce médecin, spécialiste en médecine interne et rhumatologie, a conclu à une capacité de travail de 75 % dans une activité légère, excluant les ports de charges au-delà de 10 kg, les mouvements répétitifs du rachis en porte-à-faux ainsi que la marche prolongée, la descente et la montée des escaliers de façon répétitive, et permettant l'alternance des positions assise et debout. Par décision du 13 mai 2008, l'office AI a alloué à l'assuré un quart de rente d'invalidité du 1er octobre au 31 décembre 2005, puis une rente entière du 1er janvier 2006 au 31 janvier 2007. Se fondant sur les conclusions du docteur G._, il a écarté l'attestation du docteur S._, médecin-chirurgien ayant opéré C._, aux termes de laquelle ce dernier était encore en incapacité de travail de 100 %, et retenu une capacité de travail de 75 % à partir de la date de l'expertise. Dans cette décision, l'office AI a également précisé qu'il n'y avait pas de mesures professionnelles simples et adéquates pour diminuer le préjudice économique (de 25 %). B. L'assuré a déféré cette décision au Tribunal des assurances du canton de Vaud (aujourd'hui : la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal vaudois), en concluant à l'octroi d'une rente d'invalidité entière dès le 1er janvier 2007. Par jugement du 10 décembre 2008, le tribunal cantonal a admis le recours et réformé la décision attaquée en ce sens que la rente entière est maintenue à partir du 1er février 2007. C. L'office AI interjette un recours en matière de droit public. Il conclut à l'annulation de ce jugement et à la confirmation de sa décision du 13 mai 2008. C._ conclut au rejet du recours. L'Office fédéral des assurances sociales propose d'admettre le recours. D. Par ordonnance incidente du 8 juin 2009, le Juge instructeur a attribué l'effet suspensif au recours.