Wales var runt 40 av 68 i den senaste Pisa internationella skolan testresultat för vetenskap, matematik och läsning släpptes i december förra året.
Wales föll också efter resten av Storbritannien med en genomsnittlig poäng på 468.
Mr Lewis har satt upp ett nytt mål på 500. De konservativa sade att det innebar "stagnering" inte "strävande".
Som en jämförelse gjorde Skottland över 500 poäng förra året, vilket innebär att det nya målet för Wales 2021 skulle göra det på samma nivå som Skottland 2013.
Lewis hade sagt till BBC Wales i december förra året att det var lätt att överge målet och att han inte ville sänka elevernas ambitioner.
På torsdag insisterade han på att den nya strategin fortfarande är ambitiös.
"Detta är ett bättre mål, tycker jag, eftersom det relaterar till vad lärare kan sikta på i sina klassrum, i sina skolor, när det gäller de faktiska framstegen för ungdomar", sade han.
"Om vi säger till en rektor 'vi måste vara i topp 20', är det mycket svårt att översätta det till hur deras 15-åringar ska göra på GCSE.
"Men om vi säger'score 500' kan de mäta sina framsteg mot det."
Konservativ skuggutbildningsminister Angela Burns förlöjligade Labour för att ha försökt "höja walesiska prestationer från den sämsta brittiska nationen till den näst sämsta 2021".
"Detta är inte aspiration, men stagnation", sade hon.
"Detta svaga nya mål visar på en fattigdom av ambitioner för unga människor."
Men National Union of Teachers (NUT) sade att det var "nöjd" ministern var att ta den "förståeliga strategin".
Owen Hathway, från NUT Wales, sade: " Det var alltid lite oförståndigt att ha skapat sådana mål helt enkelt för de rubriker de ritade.
"Att utvärdera utvecklingen av de poäng som görs är ett mycket bättre och mer produktivt sätt att mäta framsteg."
Plaid Cymru utbildnings talesman Simon Thomas sade att han var "glad" Mr Lewis hade nu "placerat mer realistiska förväntningar på läraryrket".
Men Aled Roberts, som talar för liberaldemokraterna om utbildning, uppmanade ministrarna att "besluta sig en gång för alla om sin utbildningsstrategi eller hålla upp händerna och erkänna att de inte vet hur vi ska fixa vårt utbildningssystem".
Det nya målet tillkännagavs som en del av en plan för förbättring av utbildningen som presenterades av Lewis.
Kvalificerad för livet beskriver den walesiska regeringens vision för utbildning fram till 2020, med ambitionen att varje elev i Wales ska dra nytta av "utmärkt undervisning och lärande".
Ett årligt "rapportkort" kommer att visa hur walesisk utbildning presterar mot en rad mätbara mål.
Målet att sätta Wales i topp 20 bäst presterande länder inom utbildning till nästa år har skrotats av utbildningsminister Huw Lewis.