På tampen av overgangsvinduet sommeren 2008 ble han kjøpt til et stortsatsende Tottenham, klubben som tidligere samme vindu hadde hentet inn hans beste landslagskamerat Luka Modrić. Under kampen mot Stoke 19. oktober 2008 satte målvakten Heurelho Gomes kne i Ćorlukas ansikt i en utrusninger, og den kroatiske landslagsspilleren ble liggende tilsynelatende livløs på matta. Han ble etterhvert sendt til sykehus, der ingen alvorlig skade ble påvist. I januar 2012 ble Ćorluka utleid til Bundesliga-klubben Bayer Leverkusen for resten av sesongen.