Il 25 agosto 2019, alla prima gara ufficiale della stagione 2019-2020 (la sua quarta a Roma), realizza una doppietta nel 3-0 esterno alla Sampdoria che gli permette di raggiungere il traguardo dei 100 gol in Serie A. Il successivo 3 novembre, aprendo le marcature nella vittoria di campionato 2-1 a San Siro sul Milan, tocca anche le 100 reti totali con la maglia laziale. Il 22 dicembre 2019 scende in campo da titolare nella vittoriosa sfida di Supercoppa italiana a Riad contro la Juventus (3-1), che gli vale il suo terzo trofeo in biancoceleste. Al giro di boa del campionato realizza 23 reti: meglio di lui ha fatto solo Antonio Angelillo nella stagione 1958-1959. Chiude il campionato con 36 gol in 37 gare che, oltre a issarlo per la terza volta a capocannoniere del campionato italiano, gli permettono di eguagliare il primato di reti in una singola stagione della Serie A a "girone unico", stabilito quattro anni prima da Gonzalo Higuaín, e soprattutto di vincere la Scarpa d'oro quale migliore marcatore della stagione calcistica europea, terzo italiano dopo Luca Toni e Francesco Totti.