Вся дальнейшая жизнь Лотмана связана с Тарту, где он впоследствии стал заведующим кафедрой русской литературы Тартуского университета, куда совместными усилиями с женой, З.Г.Минц, и Б.Ф.Егоровым привлекал талантливых людей и создал блестящую школу изучения русской классической литературы. На протяжении всей жизни Лотман исследовал русскую литературу второй половины 18 – середины 19 вв. (Радищев, Карамзин, писатели-декабристы, Пушкин, Гоголь и др.). В сферу чисто литературоведческую Лотман вводит активное изучение фактов быта и поведения соответствующих эпох, создает литературные «портреты» известных русских людей. Комментарий к Евгению Онегину и исследования Лотмана о быте и поведении декабристов стали классическими литературоведческими трудами. Позже Лотман читал циклы лекций о русской литературе и культуре на телевидении.

Особый интерес Лотмана вызывало соотношение «литературы» и «жизни»: он умел обнаруживать случаи воздействия литературы на жизнь и формирование человеческой судьбы (например, как бы предрешающая судьбу императора Павла I идея «Северного Гамлета»). Лотману удавалось выявлять потаенное содержание текста при сопоставлении его с реальностью (например, он доказал, что подлинное путешествие Карамзина по Европе отличалось от его маршрута в Письмах русского путешественника, и предположил, что истинный маршрут был скрыт, ибо был связан с участием Карамзина в обществе масонов). Подобные сопоставления позволили Лотману сделать вывод о наличии «лжи» в мемуарных и эпистолярных текстах ряда деятелей русской культуры (например, у декабриста Завалишина). Существенным и новым для пушкиноведения явилось открытие Лотманом содержательной доминирующей антитезы в пушкинских текстах: «джентльмен – разбойник» или «денди – злодей», которая могла воплощаться в разных персонажных моделях.

Существенной новацией Лотмана было введение в анализ художественного текста обращения к описываемому в нем географическому пространству, которое, как показал Лотман на примере повестей Гоголя, часто выполняет сюжетообразующую функцию.

Важным моментом в творческой биографии Лотмана было знакомство в начале 1960-х годов с кругом московских семиотиков (В.Н.Топоров, Вяч.Вс.Иванов, И.И.Ревзин и др.), организовавших в 1962 Симпозиум по структурному изучению знаковых систем в Институте славяноведения АН СССР. Комплекс новых идей начала 1960-х годов – кибернетика, структурализм, машинный перевод, искусственный интеллект, бинаризм в культурологическом описании и др. – привлек Лотмана и заставил его во многом пересмотреть первоначальную марксистскую литературоведческую ориентацию.

В 1964 в Кяэрику (Эстония) под руководством Лотмана была организована Первая летняя школа по изучению знаковых систем, где собрались представители новых направлений науки. Эти школы затем собирались каждые два года до 1970. На одну из школ смог (с большими трудностями) приехать и Р.Якобсон с К.Поморской.

Сближение Москвы и Тарту воплотилось в знаменитой серии Трудов по знаковым системам, издававшейся в Тарту (в 1998 вышел 26-й выпуск) и на протяжении долгого времени служившей трибуной новых идей. С рядом участников летних школ Лотманом написаны совместные теоретические работы, в частности, с А.М.Пятигорским и особенно – с Б.А.Успенским, с которым Лотман много сотрудничал (см. известную работу Миф – Имя – Культура. – Труды по знаковым системам, 6, 1973), где ставились принципиальные вопросы о сущности знака.

Преследования властей, которое московские семиотики испытали сразу же после проведения Симпозиума, а также общее ужесточение советского режима сказалось и на положении Лотмана в Тартуском университете: он покинул пост заведующего кафедрой, был вынужден перейти на кафедру зарубежной литературы. Семиотические труды выходили все с большими осложнениями, Летние школы прекратились. Но популярность Лотмана продолжала расти и в эти годы: он часто приезжал в Москву и Ленинград с докладами и лекциями. Труды Лотмана стали переводить за рубежом.

Увлечение семиотическими идеями привело Лотмана к углубленным занятиям семиотикой кино, искусственным интеллектом, функционированием полушарий головного мозга. Центральным трудом этого периода явилась обобщающая книга Universe of the Mind, готовившаяся для английского издания (в русской версии: Внутри мыслящих миров, 1996). Рассматривая символ как наиболее значимый для культурологии тип знака, Лотман в основном занимается именно символами (меньше – индексами и иконическими знаками) и показывает сохранность символов при смене культурологических парадигм.

Лотману принадлежит определение семиосферы – семиотического пространства, которое принципиально гетерогенно и которое он сравнивает с музеем, где функционирует ряд упорядоченных семиотических пространств: экспонаты, картотеки, служащие, экспозиция и др. «Сюжет» начинается при выходе за семиосферу; такую роль играют, например, «скандалы» у Достоевского. Выходом из семиосферы Лотман считает чудо, сочетание скандала и чуда – это азартная игра у того же Достоевского и Пушкина. Территориальный выход за границу семиосферы характеризует особый пласт личностей: колдун, разбойник, палач. Они живут, как правило, в лесу, и с ними общаются ночью. Центр и периферия в семиосфере могут меняться местами: Петербург становится столицей, хиппи – добропорядочными гражданами, римские генералы оказываются родом из варварских провинций и т.д. Обращаясь к географическому пространству как части семиосферы, Лотман показывает роль границы в Дантовском Аде и демонстрирует совмещенность географических и моральных перемещений в поэтике Средневековья. Существенно и введение Лотманом пространственной оппозиции у Булгакова, в произведениях которого «рай» равен Дому в противопоставленности «аду» – советской коммунальной квартире.

Вторая важная работа последних лет – книга Культура и взрыв (1992), показывающая влияние идей И.Пригожина и Р.Тома о взрыве и катастрофах как двигателях истории.

В постсоветский период популярность Лотмана способствовала новой волне публикации тартуских изданий и книг самого Лотмана, а также его контактам с рядом западноевропейских университетов и академий. В 1992 в Тартуском университете под руководством Лотмана была создана кафедра семиотики.

Умер Лотман в Тарту 28 октября 1993.

Лотман Ю.М. Лекции по структуральной поэтике, вып. II. Тарту, 1964
Лотман Ю.М. Типология культуры. Статьи. Тарту, 1970
Лотман Ю.М. Структура художественного текста. М., 1970
Лотман Ю.М. Анализ поэтического текста. Структура стиха. Л., 1972
Лотман Ю.М. Семиотика кино и проблемы киноэстетики. Таллин, 1973
Лотман Ю.М. Статьи по типологии культуры. Тарту, 1973
Лотман Ю.М. Динамическая модель семиотической системы. М., 1974
Лотман Ю.М. Культура как коллективный интеллект и проблемы искусственного разума. М., 1977
Лотман Ю.М. Роман А.С.Пушкина «Евгений Онегин». Комментарий. Пособие для учителей. Л., 1980
Лотман Ю.М. Сотворение Карамзина. М., 1987
Лотман Ю.М. В школе поэтического слова: Пушкин, Лермонтов, Гоголь. М., 1988
Лотман Ю.М. Культура и взрыв. М., 1992
Лотман Ю.М. Избранные статьи. В 3-х томах. Таллинн, 1992–1993
Лотман Ю.М. Беседы о русской культуре. СПб, 1994
Ю.М.Лотман и Тартуско-московская семиотическая школа. М., 1994
Лотман Ю.М. О поэтах и поэзии. СПб, 1996
Лотман Ю.М. Внутри мыслящих миров. М., 1996
Лотман Ю.М., Погосян Е.А. Великосветские обеды. СПб, 1996
Лотман Ю.М. О русской литературе. СПб, 1997
Лотман Ю.М. Карамзин. СПб, 1997
Лотман Ю.М. Письма. М., 1997
Лотман Ю.М. Сотворение Карамзина. М., 1998
Лотман Ю.М. Об искусстве. СПб, 1998
Московско-тартуская семиотическая школа. История, воспоминания, размышления. М., 1998
Лотмановские чтения. Саратов, 1998
Егоров Б.Ф. Жизнь и творчество Ю.М.Лотмана. М., 1999