I november 2006 ble han lånt ut til Doncaster Rovers, men kom tilbake til Leeds allerede i desember før klubben deretter signerte Casper Ankergren som sin nye førstelagskeeper. Sullivan gikk dermed på sin andre utlånsperiode hos Doncaster ut vårsesongen og singerte permanent for klubben da hans kontrakt med Leeds gikk ut ved sesongslutt. Hos Doncaster ble han en av lagets viktigste spillere og hjalp klubben til å nå opprykk til The Championship med finaleseier i playoff mot gamleklubben Leeds. Sullivan fortsatte å være førstevalget i Doncaster frem til han ble skadet i 2010/2011-sesongen, da han i praksis ble erstattet som førstelagsmålvakt av Gary Woods.