Chapman se snažil být vždycky o krok napřed, proto se rozhodl inovovat model 25, i když Clark vedl šampionát. Risk ho zřejmě roku 1964 stál titul, ale vše si vynahradil o rok později.
Nástupce modelu 25
Colin Chapman věděl, že i když Lotus 25 dominoval sezoně 1963, k udržení náskoku před konkurencí je nutné přijít s dalšími novinkami. Proto začal už v průběhu roku pracovat na monopostu Lotus 33 pro následující sezonu. Vůz byl vybaven úplně novým zavěšením, které ještě lépe využívalo tuhosti monokoku a umožňovalo větší přilnavost nových širších pneumatik Dunlop.
Vůz byl poháněn vylepšenou generací motoru Climax. Nový agregát z Coventry byl uložen podélně, osm válců bylo rozděleno do dvou bloků svírajících úhel 90 stupňů. Bloky i hlavy byly vyrobeny z hliníkové slitiny, objem válců, z nichž každý disponoval dvěma ventily, byl 1495 cm3, vrtání a zdvih 67,9 mm x 51,6 mm, kompresní poměr 11,5:1. Rozvod byl DOHC. Pohonná jednotka dosahovala výkonu až 164 kW (220 koní). Vstřikování paliva Esso zajištoval mechanický systém Lucas. Nový motor byl delší, proto rozvor vzrostl o 25 mm na 2335 mm. Rozchod kol vpředu činil 1396 mm, vzadu 1421 mm.
Šasi bylo opět monokokové, hlavním materiálem hliník. Přední zavěšení bylo tvořeno samonosným horním ramenem a zespoda vidlicí a vybavené vinutými pružinami a tlumiči. Zadní zavěšení bylo tvořeno obrácenou vidlicí, kloubovými tyčemi se dvěma radiusy, vinutými pružinami a tlumiči. Všechna kola disponovala kotoučovými brzdami, převodovka byla pětistupňová manuální. Vůz vážil 451 kg, byl dlouhý 3604 mm, široký 1650 mm a vysoký 838 mm.
Po vyladění problémů přišel titul
Vůz byl připraven pro Velkou cenu Velké Británie v Brands Hatch roku 1964. Úvodní čtyři závody absolvovali Jim Clark a Peter Arundell úspěšně s předchozím modelem 25, Skot dokonce vedl šampionát o bod před tehdejším pilotem BRM Grahamem Hillem, Angličan byl celkově čtvrtý. I v domácí velké ceně potvrdil Clark svou suverenitu, s novým vozem zajel pole position, zvítězil v závodě, navíc si připsal nejrychlejší kolo. Druhá polovina sezony ale Skotovi vůbec nevyšla, tři závody v řadě nedokončil kvůli technickým problémům, v posledních dvou sice znovu zajel pole position i nejrychlejší kolo, ale bodoval jen jedním pátým místem, což na titul, na který měl díky skvělému úvodu sezony stále ještě šanci, nestačilo. V celkové klasifikaci skončil třetí a Mike Spence, který ve druhé polovině sezony nahradil zraněného Arundella, dvanáctý. Arundell absolvoval všechny starty až do své havárie ve formuli 2 s modelem 25 a celkově byl osmý.
Clark si vše vynahradil v roce 1965. Vůz i motor už perfektně fungovaly a Skot vyhrál šest z úvodních sedmi závodů sezony, byť ve Velké ceně Francie použil model 25. Jediný závod, který v této fázi sezony nevyhrál, byla Velká cena Monaka, kde nestartoval, protože dal přednost závodu 500 mil Indianapolis. Tam triumfoval a zajistil Lotusu jedinou výhru v tomto slavném závodě. Navíc zvítězil i v nemistrovských závodech v Syrakusách a v Goodwoodu a byl druhý v Perguse. Závěr sezony už mu tolik nevyšel, ale titul mistra světa bez problému udržel. Spence byl díky jednomu třetímu a dvěma čtvrtým místům celkově osmý. Není překvapením, že Lotus vyhrál i Pohár konstruktérů.
Změna pravidel a hledání kompromisů
Před sezonou 1966 se zvýšil objem motorů na tři litry. Chapman už chystal nový monopost Lotus 43 s motory BRM. Změnil také dodavatele pneumatik, kterým se stal Firestone. Přípravy nového vozu se pozdržely, proto Chapman v úvodu sezony zkoušel různé kompromisy. Clark jezdil dál s Lotusem 33 a motorem Climax, Arundell, který se po jedenapůlroční rekonvalescenci vrátil do týmu, používal stejné šasi, ale poháněné osmiválcem BRM. Vývojově dva roky starý model, zejména v kombinaci s motorem Climax, už proti nastupující australské kombinaci Brabham-Repco neměl šanci. Clark si připsal jen čtvrté místo v Brands Hatch a třetí v Zandvoortu, k tomu třetí příčku v nemistrovském závodě v Oulton Parku. Jedinou výhru v sezoně si pak vyjel až ve Watkins Glen už s novým modelem 43 poháněným šestnáctiválcem BRM. Zajistil tak motoru H16 jediné vítězství v F1. Arundell už nedokázal navázat na své výkony před zraněním, bodoval jen šestým místem v USA, kde jel výjimečně s motorem Climax. V šampionátu skončil Clark až šestý, v Poháru konstruktérů byl Lotus v kombinaci s motory BRM klasifikován jako pátý a s motory Climax jako šestý.
Poslední tovární start absolvoval Lotus 33 v Monaku roku 1967. Clark jel s motorem Climax, zaznamenal nejrychlejší kolo, ale po problémech se zavěšením ze závodu odstoupil. Navrátilec do týmu Hill měl ve voze zabudován osmiválec BRM a dojel druhý. Zajistil tak úspěšnému, ale už přesluhujícímu vozu důstojné rozloučení se světem velkých cen.
Lotus byl častým dodavatelem zákaznických vozů soukromým týmům, ale Chapman nerad prodával své nové vozy hned, proto se model 33 dostal do soukromých rukou až roku 1966. Pedro Rodríguez s ním však ani jeden ze čtyř závodů, ve kterých startoval v barvách týmu Rona Harrise, nedokončil.
Celkem si vůz Lotus 33 připsal zásluhou Clarka sedm výher, deset pole position, devět nejrychlejších kol a kromě zmíněných vítězství ještě další tři pódia, o která se podělili Spence, Clark a Hill.