2009年夏天，穆里尼奥即将开始他在国际米兰执教的第二个赛季。7月21日，国际米兰通过官网宣布了一个新援加盟的消息，他就是卢西奥。当时，双方签订了一份为期3年直到2012年到期的合同，卢西奥的税后年薪450万欧元。国际米兰官网没有透露卢西奥转会费。不过，德国媒体《转会市场》报道，国际米兰引进卢西奥花了530万欧元，也有媒体报道，国际米兰足足花了800万欧元转会费。

2009年8月8日，在意大利超级杯国际米兰输给拉齐奥的比赛中，卢西奥上演了蓝黑处子秀。之后，卢西奥迅速成为穆里尼奥麾下的一员虎将。首个赛季，卢西奥就获得了48次出场机会，打进两粒进球。2009年9月23日，在国际米兰3-1击败那不勒斯的比赛中，卢西奥打进了一粒精彩的头球，这是他在国际米兰的处子球。在意大利杯赛2-1击败尤文图斯的比赛中，卢西奥也有进球。2010年1月25日，在“米兰德比”中，卢西奥累计黄牌染红离场，这是他在国际米兰3个赛季唯一的一张红牌。

效力国际米兰期间，卢西奥捧起了6座冠军奖杯。其中，最重要的一块奖杯就是2010年欧冠冠军。2010年5月23日，国际米兰欧冠决赛对阵拜仁，拜仁是卢西奥的老东家。在这场焦点战中，卢西奥代表国际米兰首发登场踢满全场，帮助蓝黑军团2-0获胜，国际米兰时隔45年捧起了欧冠冠军奖杯。在帮助国际米兰击败拜仁后，身穿蓝黑战袍的卢西奥一遍又一遍地亲吻着拜仁的围巾，在场的拜仁的球迷无不动容。

在帮助国际米兰完成“三冠王”伟业后，卢西奥先后跟随俱乐部捧起了1座意大利超级杯冠军、1次世俱杯冠军和1次意大利杯冠军。加盟国际米兰第二个赛季，卢西奥各项赛事出场47次打进1粒进球。2010年9月12日，在国际米兰2-1击败乌迪内斯的比赛中，卢西奥开场第7分钟打破僵局。凭借着抢眼的发挥，卢西奥2011年得到了国际米兰的续约合同。2011年8月17日，在原来合同基础上，卢西奥和国际米兰续约到2014年夏天。

穆里尼奥离开之后，国米主帅更迭频繁。从贝尼特斯到莱昂纳多，从加斯佩里尼到拉涅利，没有一个人能真正率领国际米兰走出低谷。卢西奥的竞技状态也有所下滑。上赛季，卢西奥代表国际米兰各项赛事出场41次打进两球。联赛客场3-1博洛尼亚，欧冠客场3-2莫斯科中央陆军，卢西奥各进一球。不过，卢西奥的失误也不少。因为卢西奥贸然上抢，国际米兰后防丢球的情况并不罕见……。

目前，卢西奥和国际米兰的合同原本应该在2014年到期。尽管合同还剩两年，但卢西奥和国际米兰还是协商解约。有意大利媒体报道，卢西奥将免费加盟尤文图斯。