Na początku sezonu 2015-16 Donnarumma przebił się do dorosłego zespołu u trenera Mihajlovicia. Początkowo był trzecim bramkarzem za Diego Lópezem i Christianem Abbiatim. Podczas tournée przed sezonem w Mediolanie zadebiutował w meczu z Realem Madryt 30 lipca. Kolejny raz znalazł się w składzie w meczu przeciwko Sassuolo w finale Trofeum TIM. Donnarumma zadebiutował w Serie A 25 października przeciwko Sassuolo na stadionie San Siro. Pomógł zespołowi osiągnąć zwycięstwo 2-1 po trzech meczach bez zwycięstwa. W wieku 16 lat i 242 dni był drugim najmłodszym bramkarzem, który zagrał mecz ligowy w historii włoskiej piłki nożnej. Następnie Diego López nazwał go „przyszłością Milanu i włoskiej piłki nożnej”. Donnarumma otrzymał pierwszą kartkę trzy dni później w zwycięskim pojedynku z Chievo 1-0. Po trzech kolejnych zwycięstwach z udziałem Donnarummy, Milan uniknął porażki z Atalantą w wyniku imponującej postawy młodego bramkarza. Włoska prasa, w tym "La Gazzetta dello Sport" pisały o nim: „Donnarumma wyczyniał cuda”. Jego dobre występy, sprawiły, że znalazł się wśród 25 najlepszych piłkarzy świata wybieranych przez Don Balón w kategorii wiekowej poniżej 21 lat.