En 1989, Fiorio pousse Lombardi à le rejoindre chez Ferrari. Lorsque Fiorio quitte l'écurie au cheval cabré à la fin 1991, le nouveau président de Ferrari, Luca di Montezemolo nomme Lombardi à la direction de la Scuderia Ferrari, jusqu'à son remplacement en 1993 par Jean Todt. Cette année-là, Lombardi est chargé de la conception des moteurs V12 de l'écurie et obtient les deux dernières victoires d'un bloc V12 en Formule 1, au Grand Prix d'Allemagne 1994 avec Gerhard Berger et au Grand Prix du Canada 1995 avec Jean Alesi .