Han tok sitt første individuelle gull i Vinter-OL 2018 i Pyeongchang 19. februar 2018, og tangerte sin egen norgesrekord med 34,41 på 500 meter, tiden var også ny olympisk rekord på distansen. Lorentzen fulgte opp med OL-sølv på meter den 23. februar 2018 bare 4 hundredeler bak nederlandske Kjeld Nuis. I mars samme år ble han verdensmester i sprint sammenlagt.