2011: Renault Po wypadku Roberta Kubicy podczas rajdu Ronde di Andora, szefostwo zespołu Lotus Renault GP zaczęło rozglądać się za zastępcą kontuzjowanego Polaka. 9 lutego ogłoszono, że zespół zaprosił Niemca na przedsezonowe testy do Jerez de la Frontera, które odbywały się w dniach 10-13 lutego. W sobotę, kiedy to Niemiec zadebiutował za kierownicą Renault R31, udało mu się ustanowić najszybszy czas okrążenia. Cztery dni później, w środę wieczorem oficjalnie potwierdzono zakontraktowanie byłego kierowcy Saubera jako zastępcy Roberta Kubicy w sezonie 2011.

Sezon 2011 rozpoczął się Grand Prix Australii, gdzie w kwalifikacjach Heidfield zajął 18. miejsce. Wyścig ukończył na dwunastej pozycji.

Podczas kwalifikacji do Grand Prix Malezji zajął 6. miejsce. Po dobrym starcie w wyścigu przesunął się na drugą pozycję. Wyścig ukończył na 3. miejscu, tym samym zdobywając pierwsze od dwóch lat podium w Formule 1 (poprzednie zdobył w tym samym miejscu, było to drugie miejsce w GP Malezji 2009).

24 sierpnia 2011, zespół Lotus Renault GP poinformował, iż Nick Heidfeld zostanie zastąpiony przez Bruno Sennę. W wyniku tego Niemiec pozwał zespół za niewypełnienie warunków kontraktu.