22 sierpnia 2009 Brazylijczyk strzelił gola w wygranym 2:1 meczu Serie A ze Sieną, który inaugurował rozgrywki ligowe w sezonie 2009/2010. 21 października zdobył dwie bramki na Estadio Santiago Bernabéu, w wygranym 3:2 meczu Ligi Mistrzów z Realem Madryt. Jednakże znaczną część sezonu Pato opuścił, z powodu kontuzji. Mimo to zdołał strzelić 12 bramek w 20 meczach w Serie A.
W sezonie 2010/2011 piłkarze Milanu zdobyli mistrzostwo Włoch, do czego walnie przyczynił się Pato, który w 25 spotkaniach strzelił 14 goli (z Robinho i Zlatanem Ibrahimoviciem był najlepszym strzelcem zespołu). Dwa z tych trafień zaliczył w najważniejszym dla kibiców „Rossonerich” meczu, czyli w derbowej konfrontacji z Interem 2 kwietnia 2011 roku. 13 września 2011 w meczu przeciwko Barcelonie Brazylijczyk otworzył wynik spotkania już w pierwszej minucie Pato strzelił gola w 24 sekundzie. Wychowanek Internacionalu miałby zapewne jeszcze lepsze statystyki, gdyby nie kolejne kontuzje mięśniowe, z jakimi zmagał się również w tym sezonie. W sezonie 2012/2013 dostał numer 9 na koszulce.