2009年11月，吕小军获得第77届世界举重锦标赛男子77公斤级冠军，并打破世界纪录，当选为年度最佳男子举重运动员。
2012年伦敦奥运会男子77公斤级比赛总成绩打破世界纪录夺得冠军2016年8月，在里约奥运会举重男子77KG级决赛中，以抓举破世界纪录的177KG、挺举202KG，总成绩379KG的成绩，由于体重比举起同重量的哈萨克斯坦重，获得亚军。
2018年，吕小军获得2018举重世锦赛男子81公斤级冠军，并刷新该项目总成绩世界纪录。2021年7月31日，吕小军夺得2020年东京奥运会举重男子81公斤级金牌。
