ב-18 בדצמבר הודיעה ברצלונה כי מסי האריך את חוזהו בקבוצה עד 2018. ב-7 בינואר 2013 זכה מסי בכדור הזהב של פיפ"א – הייתה זו זכייתו הרביעית ברציפות בתואר והוא היחיד בהיסטוריה שקבע ציון דרך זה. ב-27 בינואר הבקיע מסי רביעייה לרשתה של אוסאסונה. במשחק זה הפך לשחקן הצעיר ביותר שמגיע ל-200 שערים בליגה הספרדית. מסי המשיך וכבש ברצף של משחקי ליגה, בין היתר צמד נגד גרנדה שהביא את מסי ל-300 שערים במשחקים רשמיים במדי ברצלונה, וכן שער בקלאסיקו נגד ריאל מדריד. ב-30 במרץ הבקיע נגד סלטה ויגו, ובכך מסי השלים הישג יחיד במינו: הבקעת שער נגד כל 19 קבוצות הליגה הספרדית במחזורים רצופים.
במשחק הראשון בשמינית גמר ליגת האלופות נגד מילאן האיטלקית הפסידה ברצלונה בתוצאה 0–2. במשחק הגומלין הביסה ברצלונה את מילאן 4–0, התגברה על ההפסד במשחק הראשון והעפילה לרבע הגמר, וזאת בהובלתו של מסי, שכבש את שני השערים הראשונים של ברצלונה. ב-2 באפריל, במשחק הראשון של רבע הגמר נגד פריז סן-ז'רמן, הבקיע מסי שער לפני שנפצע בשריר מיתר הברך והוחלף. פציעה זו מנעה ממסי להשתתף במשחקי הקבוצה באופן סדיר למשך זמן מה. דוגמה לכך היא שיתופו כמחליף בלבד בגומלין. למרות כניסתו המאוחרת למשחק, שינה מסי את מהלך המשחק, וסייע לברצלונה לעלות לחצי גמר המפעל עם התוצאה המצטברת 3-3, כשהיתרון לפי חוק שערי חוץ הוא של ברצלונה. בחצי הגמר הודחה ברצלונה על ידי באיירן מינכן בתוצאה המצטברת 0–7. בליגה, למרות מפח הנפש במישור הקבוצתי, המשיך מסי לכבוש שערים משחק אחר משחק במסגרת משחקי הליגה הספרדית, עד שהרצף נעצר על 21 משחקים, במפגש מול אתלטיקו מדריד. במשחק זה הוחלף מסי בשל פציעה חוזרת בשריר מיתר הברך.
בעונה זו זכתה ברצלונה באליפות הליגה כשברשותה כמות שיא בהיסטוריית הליגה של 100 נקודות. מאזן שעריו של מסי בליגה היה 46 שערים, בזכותם הוכתר למלך שערי הליגה וכן זכה בנעל הזהב האירופית בפעם השנייה ברציפות – והשלישית בקריירה; בכך היה הראשון שזוכה בתואר זה שלוש פעמים בקריירה. מאזן שעריו הכללי של מסי בכל המסגרות היה 60 שערים ו-16 בישולים, 12 מתוכם בליגה.
2013/2014 – עם טאטה מרטינו.
בתחילת הקיץ הצטרף שחקן ההתקפה הברזילאי ניימאר לקבוצה במקומו של דויד וייה. בזמן הפגרה שבין העונות, עבד מסי על שיקום מלא מהפציעה שחווה חודשים לפני כן. במהלך ההכנות לעונת 2013/2014 עזב וילאנובה את הקבוצה בשל התמודדתו עם מחלת הסרטן, ואת מקומו תפס חרארדו "טאטה" מרטינו הארגנטינאי. במחזור הראשון של הליגה הבקיע מסי צמד ובישל שער נוסף בניצחון 7–0 על לבאנטה. ב-28 באוגוסט זכתה ברצלונה בסופר קאפ הספרדי על חשבונה של אתלטיקו מדריד, לאחר שהמשחק הראשון, בביתה של אתלטיקו מדריד הסתיים בתיקו 1-1, ובמשחק הגומלין, שבו מסי החמיץ בעיטת עונשין, הסתיים בתיקו מאופס, מה שהביא לברצלונה את התואר בזכות חוק שערי חוץ. ימים ספורים לאחר מכן, הבקיע שלושער במשחק נגד ולנסיה באצטדיונה הביתי, במשחק שהסתיים בניצחון 3–2 לזכות ברצלונה. ב-18 בספטמבר הבקיע מסי שלושער נוסף, במשחק ליגת האלופות נגד אייאקס אמסטרדם ההולנדית, וכך היה לשחקן הראשון בהיסטוריית המפעל שמבקיע שלושער ארבע פעמים בקריירה. בסוף ספטמבר נפצע בשריר מיתר הברך הימני ונעדר משני משחקים. ב-6 בנובמבר, במשחק ליגת האלופות מול מילאן האיטלקית, הבקיע מסי שני שערים. במשחק שלאחריו, שבו התמודדה ברצלונה נגד ריאל בטיס, נפצע מסי בשריר הירך הדו-ראשי השמאלי. פציעה זו השביתה אותו ממשחק פעיל במשך חודשיים.
ב-8 בינואר 2014 חזר מסי חזר מהפציעה כשנכנס כמחליף במשחק גביע המלך נגד חטאפה. בחצי שעה על המגרש הספיק להבקיע צמד, וברצלונה ניצחה 4–0. חמישה ימים לאחר מכן נבחר מסי למקום השני בכדור הזהב של פיפ"א. ב-22 בינואר, במשחק גביע נגד לבאנטה, בישל מסי לראשונה בקריירה שלו שלושה שערים במשחק, כולם לכריסטיאן טייו. במשחק מול ראיו וייקאנו שנערך ב-15 בפברואר, הגיע מסי ל-337 שערים במדי ברצלונה, ובכך שבר את שיאו של תלמו סארה לכדורגלן שהבקיע את מספר השערים הרב ביותר של שערים במדי קבוצה ספרדית כלשהי במסגרות רשמיות. ב-12 במרץ ניצחה ברצלונה במסגרת משחק שמינית גמר ליגת האלופות את מנצ'סטר סיטי האנגלית בתוצאה 2–1 והעפילה לרבע גמר המפעל עם התוצאה המצטברת 4–1. במהלך המשחק הבקיע מסי בעיטת עונשין, ובכך הפך לשחקן שמבקיע את מספר השערים הרב ביותר בהיסטוריית המפעל במדי קבוצה אחת, עם 67 שערים לזכותו. ארבעה ימים לאחר מכן, במשחק בו הביסה ברצלונה את אוסאסונה 7–0, הבקיע מסי שלושער, שמונה חודשים לאחר הפעם הקודמת שעשה זו. מסי הפך במשחק זה למבקיע המוביל בהיסטוריה של ברצלונה כולל משחקי ידידות. בקלאסיקו שנערך שבוע לאחר מכן בסנטיאגו ברנבאו, כבש מסי שלושער, כששניים מהשלושה הבקיע בבעיטות עונשין מוצלחות, וברצלונה ניצחה 4–3. מסי עקף את אלפרדו די סטפאנו והפך למלך שערי הקלאסיקו בכל הזמנים, עם 21 שערים; כמו כן, חלף גם על פני הוגו סאנצ'ס ויקבע את מעמדו במקום השני בטבלת המבקיעים הגדולים בהיסטוריית הליגה הספרדית.
בעונה זו כשלה ברצלונה לזכות באחד מהתארים שנותרו: היא הודחה ברבע גמר ליגת האלופות על ידי אתלטיקו מדריד, הפסידה בגמר גביע המלך לריאל מדריד וסיימה במקום השני בליגה. במסגרת הליגה כבש מסי 28 שערים במהלך עונה זו, המאזן הנמוך ביותר שלו מזה 5 עונות, והוא היה סגן מלך השערים. בסך כל המסגרות היו למסי 41 שערים ו-15 בישולים. ב-16 במאי האריך מסי את חוזהו בברצלונה בחמש שנים נוספות, חוזה לפיו שכרו יהיה, לפי הערכות, כ-20 מיליון אירו לעונה.
2014/2015 – טרבל שני.
מרטינו התפטר מתפקיד המאמן בסוף עונת 2013/2014 ולואיס אנריקה, קפטן ברצלונה בעבר, התמנה במקומו. בקיץ זה הצטרף החלוץ האורוגוואיי לואיס סוארס לסגל הקבוצה, אך עקב השעיה לא השתתף במשחקי הקבוצה עד סוף אוקטובר. במחזור הפתיחה של עונת 2014/2015 הבקיע מסי פעמיים בניצחון ברצלונה על אלצ'ה. ב-27 בספטמבר הבקיע מסי שני שערים ובישל שניים נוספים בניצחון 6–0 על גרנדה. במשחק זה הגיע מסי ל-400 שערים בקריירה המקצועית שלו, הן במדי ברצלונה והן במדי נבחרת ארגנטינה. ב-22 בנובמבר כבש מסי שלושער נגד סביליה. במשחק זה הגיע מסי ל-253 שערים בליגה הספרדית בכל הקריירה, ובכך תפס את מקומו של תלמו סארה בתור מלך שערי הליגה בכל הזמנים, הישג שהחזיק מעמד מאז 1955. שלושה ימים לאחר מכן, במשחק בו ניצחה ברצלונה 4–0 את אפואל ניקוסיה הקפריסאית, כבש מסי שלושער והפך למלך שערי ליגת האלופות בכל הזמנים; הוא הגיע ל-74 שערים ושבר את שיאו הקודם של ראול גונזלס. ב-7 בדצמבר הבקיע מסי שלושער שלישי במהלך פרק זמן של שבועיים בלבד, בדרבי נגד אספניול. גם במשחק זה קבע מסי ציון דרך: הוא היה למלך שערי הדרבי של ברצלונה בכל הזמנים.
על מנת לנצל את היכולת של סוארס כחלוץ מרכזי, החל לואיס אנריקה להציב את מסי באגף ימין, בעמדה בה שיחק תחת פרנק רייקארד. בעונה זו התהדק שיתוף הפעולה של מסי וניימאר; עדות לכך היא מספר הבישולים של מסי לניימאר. השניים, יחד עם לואיס סוארס, היוו את אחת משלישיות ההתקפה הפוריות ביותר באירופה. השלישייה כונתה MSN, ראשי תיבות של שמות השחקנים, כשם פורטל האינטרנט של מיקרוסופט. ב-11 בינואר 2015 הייתה סנונית ראשונה לשיתוף הפעולה הפורה ביניהם: שלושת השחקנים הבקיעו בניצחון 3–1 על אתלטיקו מדריד. למחרת הגיע מסי למקום השני בכדור הזהב של פיפ"א, בפעם השנייה ברציפות. ב-15 בפברואר הבקיע מסי שלושער ובישל שער נוסף בניצחון 5–0 על לבאנטה. עם הבישול תפס מסי את מקומו של לואיש פיגו כמלך הבישולים של הליגה הספרדית בכל הזמנים. במשחק שבו ניצחה ברצלונה את ולנסיה 2–0 ב-18 באפריל, הבקיע מסי את שערו ה-400 במדי ברצלונה. ב-6 במאי, במשחק הראשון של חצי גמר ליגת האלופות נגד באיירן מינכן הגרמנית, הבקיע מסי צמד ובישל שער נוסף בניצחון ברצלונה 3–0. את שערו השני הבקיע בהקפצה מעל מנואל נוייר, שוערה של באיירן מינכן לאחר שהטעה את הבלם היריב ג'רום בואטנג וגרם לו למעוד; השער הפך לתופעת אינטרנט והיה לרגע הספורט הפופולרי ביותר בטוויטר לשנת 2015. ברצלונה עלתה למשחק הגמר למרות הפסד 3–2 בגומלין, בעקבות ניצחונה 5–3 בסיכום שני המשחקים.
ב-17 במאי כבש מסי את שער הניצחון במשחק הליגה נגד אתלטיקו מדריד. ניצחון זה העניק לברצלונה את תואר אליפות ספרד בעונה זו. מאזנו האישי של מסי במשחקי הליגה עמד על 43 שערים ו-18 בישולים, בכך היה מלך הבישולים וסגן מלך השערים של הליגה בעונה זו. ב-30 במאי, בגמר גביע המלך מול אתלטיק בילבאו, ניצחה ברצלונה 3–1 וזכתה בתואר. בגמר כבש מסי צמד שערים, כשהראשון מביניהם נכבש לאחר מבצע אישי עם יכולת טכנית גבוהה, אותו החל במחצית המגרש, ובמהלכו היתל בארבעה שחקנים של בילבאו. ב-6 ביוני, בגמר ליגת האלופות, ניצחה ברצלונה את יובנטוס האיטלקית בתוצאה 3–1, עם מסי בהרכב הקבוצה, וזכתה בתואר אלופת אירופה. בזכות זכייה זו השלימה טרבל שני בהיסטוריה שלה; ברצלונה היא הקבוצה הראשונה באירופה שהגיעה להישג שכזה. במסגרת משחקי ליגת האלופות בעונה זו כבש מסי 10 פעמים ובישל 5 פעמים נוספות, כשאף שחקן אחר לא כובש או מבשל יותר ממנו.
2015/2016 – כדור זהב חמישי ודאבל מקומי.