Il 3 luglio 2014 ritorna a titolo definitivo agli argentini del San Lorenzo, che lo pagano 1,4 milioni di euro. Nel dicembre 2014 Barrientos partecipa con la squadra bonearense al Mondiale per Club. Il 9 marzo 2015 segna un gol favoloso da centrocampo nella gara di Primera División contro l'Estudiantes. L'11 febbraio vince la Supercopa Argentina, realizzando una doppietta nel 4-0 sul . Nel maggio del 2016 viene accusato di aver maltrattato e minacciato di morte donne e bambini durante una partita di play-off della quarta serie argentina, tra Jorge Newbery (squadra di Comodoro Rivadavia, città natale del calciatore) e Círculo Deportivo.