Nel 2016 Vanthoor viene ingaggiato insieme a Frédéric Vervisch dal Belgian Audi Club Team WRT per competere nella Blancpain GT Series (attuale GT World Challenge)[2]. Corre sia la serie Sprint ed nel Endurance dove conquista i suoi primi podi nella serie. L'anno successivo continua con il team belga e nella sprint conquista due vittorie entrambi sul circuito di Hungaroring insieme a Marcel Fässler[3]. A fine stagione l'Audi lo sceglie come pilota ufficiale del marchio[1]
Nel 2018 insieme a Will Stevens conquista a Brands Hatch la sua terza vittoria nella serie sprint e conquista la sua prima vittoria nella serie endurance[4]. Mentre la stagione 2019 risulta molto deludente, l'unica soddisfazione arriva nella vittoria della 24 Ore del Nürburgring[5]. Nel 2020 viene affiancato dal connazionale Charles Weerts. Il duo trionfa nella Sprint Cup mentre nel chiudono ottavi nella Endurance Cup[6].
Il 2021 è un anno di successi, conquistano quattro vittorie e bissano il successo del anno precedente nella Sprint Cup[7], il duo con il supporto di Kelvin van der Linde chiudono terzi anche nella serie Endurance. Weerts e Vanthoor con i risultati in entrambe le coppe vincono la classifica generale dal GT World Challenge Europe.
Nel 2022 il Belgian Audi Club Team WRT conferma Vanthoor e Weerts per la Sprint Cup e la Endurance Cup con Kelvin van der Linde[8]. L'equipaggio vince la prima gara endurance stagionale ad Imola, per Vanthoor è la seconda vittoria nella Endurance Cup[9]. Nella Sprint ottengono quattro vittorie e con il terzo posto nella prima gara di Valencia si laureano campioni, per Vanthoor è il terzo successo consecutivo[10]. Lo stesso anno viene ingaggiato dal team Phoenix Racing per correre la 24 Ore del Nürburgring. Vanthoor divide l' Audi R8 LMS Evo II con Robin Frijns, Kelvin van der Linde e Frédéric Vervisch. L'equipaggio vince la corsa, per Vanthoor è il secondo successo nella corsa[11].
Nel 2017 corre la sua prima 24 Ore di Le Mans con la Ferrari 488 GTE del team JMW Motorsport. Insieme a Robert Smith e Will Stevens vincono nella classe GTE Am. Dopo ben quattro anni, nel 2021 Vanthoor torna a Le Mans guidando la Porsche 911 RSR-19 del team Hub Auto Racing. Ma dopo ben 227 giri è costretto al ritiro.