Le , Stefano Sensi s'engage avec l'Inter Milan en prêt payant avec option d'achat. Il joue son premier match sous ses nouvelles couleurs lors de la première journée de la saison 2019-2020 de Serie A contre l'US Lecce, il est titularisé d'emblée grâce à une préparation exemplaire. Il marque d'ailleurs son premier but en match officiel lors de cette rencontre, qui se solde par la victoire des "Nerazzurro" sur le score de quatre buts à zéro.