Al termine della stagione però Colin Chapman, che lo aveva notato, lo fece firmare per la Lotus. Con questa squadra Elio debuttò con un promettente secondo posto nel G.P. del Brasile. Quell'anno arrivò al settimo posto nella classifica del mondiale. Dopo un 1981 nel quale non arrivò mai sul podio ma ottenne punti con regolarità, nel 1982 arrivò il primo successo. De Angelis si impose in volata su Rosberg nel G.P. d'Austria. Nel 1983 la Lotus passò al motore Renault e soffrì di affidabilità. Elio conquistò una pole position negli USA ma riuscì a completare solo due gare del campionato. L'anno dopo le cose cambiarono ed Elio, pur senza ottenere vittorie, riuscì a piazzarsi per ben undici volte tra i primi cinque, ottenendo anche quattro podi e classificandosi al terzo posto assoluto nella classifica del campionato mondiale piloti.

Nel 1985 approdò alla Lotus un giovane pilota brasiliano: Ayrton Senna. Le sue performance lo fecero immediatamente diventare il primo pilota della squadra. De Angelis quell'anno arrivò per tre volte sul podio e, anche aiutato da alcune circostanze favorevoli, vinse a Imola. La sua posizione di secondo pilota della squadra però era  ormai delineata. Ddecise così di passare alla Brabham. Nel 1986 però, dopo un ottavo posto al debutto, non finì le successive tre corse. Il 15 maggio, durante una sessione di prove sul circuito Paul Ricard, Elio rimase vittima di un grave incidente con la sua Brabham BMW e spirò poche ore più tardi a soli 28 anni.