24 maja 1980 r., pokonując Raków Częstochowa 1:0 po golu Bolesława Mącika, klub po raz pierwszy w historii awansował do I ligi (obecnie Ekstraklasa). W swoim debiucie na najwyższym poziomie rozgrywkowym w sezonie 1980/1981 zajął 10. miejsce, a w drugim sezonie w ekstraklasie spadł z powrotem do II ligi. W tym samym sezonie Motor po raz drugi w historii awansował do ćwierćfinału Pucharu Polski, gdzie odpadł po porażce z Arką Gdynia.
thumb|300px|Drużyna Motoru Lublin w sezonie 1989/1990
W 1983 r., pod wodzą debiutującego w samodzielnej pracy Lesława Ćmikiewicza, Motor wrócił do I ligi po zwycięstwie 4:0 nad Resovią w decydującym meczu, oglądanym przez rekordowe wówczas 30 tysięcy widzów; po dwie bramki w tym spotkaniu zdobyli Mirosław Car i Andrzej Pop, a tydzień później to właśnie Pop przesądził o awansie, strzelając jedynego gola w wygranym 1:0 wyjazdowym meczu z Polonią Warszawa. W sezonie 1982/1983 klub wystąpił w 22. edycji rozgrywek Pucharu Intertoto, rywalizując z drużynami z Danii, Niemiec Zachodnich i Szwajcarii: Lyngby BK, MSV Duisburg i FC Luzern, zajmując 3. miejsce w swojej grupie. W I lidze klub grał do 1987 r., osiągając w sezonie 1984/1985 najwyższą w swojej ówczesnej historii lokatę – 9.