We włoskim klubie zadebiutował 3 sierpnia 2017 w wygranym 2:0 meczu kwalifikacji do Ligi Europy UEFA przeciwko Universitatea Craiova. 20 sierpnia wystąpił po raz pierwszy w Serie A w spotkaniu z Crotone (3:0). 14 września strzelił pierwszą bramkę dla Milanu, trafiając w wygranym 5:1 starciu przeciwko Austrii Wiedeń. 25 października, w meczu z Chievo Veroną, Çalhanoğlu strzelił swoją pierwszą we włoskiej lidze.
Ogółem w sezonie 2017/2018 turecki pomocnik wystąpił w 45 meczach, zdobywając w nich 8 goli i notując 14 asyst. Jego zespół uplasował się na 6. pozycji, premiowanej awansem do fazy grupowej Ligi Europy UEFA; indywidualnie Çalhanoğlu rozegrał 31 meczów, strzelając w nich 6 goli i zaliczając 9 asyst.
Sezon 2018/2019 Nowy sezon rozpoczął 31 sierpnia 2018 od wygrania 2:1 z Romą w Serie A. Pierwszą bramkę strzelił 29 listopada w wygranym 5:1 starciu z F91 Dudelange, w którym zanotował także trzy asysty. 16 stycznia 2019 wystąpił w przegranym 1:0 meczu o Superpuchar Włoch z Juventusem. Pierwsze ligowe trafienie zanotował 16 lutego w meczu przeciwko Atalancie.
Łącznie w sezonie 2018/2019 strzelił 4 gole i zanotował 13 asyst w 46 spotkaniach. Milan zajął 5.