Corriendo para el equipo Cerumo, puntuó en su tercera participación pero se ausentó en la segunda mitad del año.

Con una sola victoria y apenas tres arribos en zona de puntos, quedó sexto en el campeonato 2005.

El piloto dominó la temporada 2006 de la Fórmula Nippon, al acumular cuatro victorias y siete podios en nueve carreras, de modo que obtuvo el campeonato frente a Tsugio Matsuda y Lotterer.

Tréluyer no logró ningún podio en la Fórmula Nippon 2008, de modo que quedó octavo en el clasificador final.

De este modo, el piloto cerró su etapa en monoplazas con un subcampeonato, siendo superado por Loïc Duval y sus cuatro victorias.

Ese año corrió en las últimas tres fechas con un Nissan Skyline de la clase GT500 para el equipo Impul.

El piloto finalizó segundo con un Audi R15 TDI acompañado de Lotterer y Marcel Fässler.

En 2011, el trío pasó a utilizar el nuevo Audi R18 TDI, con el cual terminó sexto en Spa-Francorchamps y obtuvo la victoria en Le Mans.

En 2014, Tréluyer, Lotterer y Fässler ganaron en Le Mans y en Austin, pero después en las seis fechas restantes del Campeonato Mundial de Resistencia obtuvo dos cuartos puestos como mejor resultado, finalizando subcampeones.

Tréluyer se perdió dos carreras por una lesión en la columna vertebral en 2016, lo que lo ubicó 15º en el campeonato de pilotos, con un podio.