Lucas fez sua primeira aparição pela Audi nas 6 Horas de São Paulo de 2012, substituindo o recém-aposentado Rinaldo Capelo. A participação do brasileiro, que não garantia nenhum tipo de vínculo com a marca das quatro argolas, impressionou os alemães. Correndo ao lado de Allan McNish e Tom Kristensen, Lucas fez a melhor volta da Audi na classificação e a melhor volta da corrida, terminando a prova em terceiro lugar.
Desempenho que fez a Audi lhe oferecer um contrato de longa duração. Em 2013 ele fez corridas esporádicas: foi segundo nas 12 Horas de Sebring (extra-campeonato), também foi ao pódio nas 6 Horas de Spa-Francorchamps e estreou com o terceiro lugar nas 24 Horas de Le Mans. Com a aposentadoria de Allan McNish no final de 2013, Di Grassi, de 30 anos, foi alçado à condição de titular.
"Vou para o meu segundo ano como titular da Audi, o que me deixa feliz e confiante. Acho que o sentimento é recíproco em relação à equipe, que confia no meu trabalho e me dá todo o suporte para que eu possa dar meu melhor na pista e nos testes. O que eu encontrei aqui na Audi é diferente de tudo o que eu já vivi no automobilismo: posso chamar este time de família, pois fui bem recebido da primeira vez que vesti o macacão com as lendárias quatro argolas. Estou feliz com a Audi como eu nunca fui na minha carreira", filosofou o atual líder da Fórmula E, primeira categoria de carros elétricos da FIA.
Lucas dividiu o carro com Oliver Jarvis nas 6 Horas de Spa e nas 24 Horas de Le Mans de 2013, quando o trio formado por eles e pelo espanhol Marc Genè terminou em terceiro no ano de estreia de Di Grassi em La Sarthe. "O Jarvis já está na Audi há pouco mais tempo, disputou o DTM com eles e fizemos as corridas de Spa e Le Mans juntos ano passado. É um piloto extremamente talentoso e versátil - que também já venceu em Macau, dois anos depois da minha vitória. Ele é muito comprometido com o time. Acho que a Audi acertou em trazê-lo conosco para substituir o Tom (Kristensen)", analisou.