Début 1960, il est transféré comme 5 millions de cruzeiros au Santos FC, le club du jeune Pelé, où il va former avec une défense centrale particulièrement hermétique. Le club connaît vite un très grand succès. Mauro remporte le championnat de l'État de São Paulo à cinq reprises entre 1960 et 1965. Au plan national, le Santos FC remporte la "Taça Brasil" (l'ancêtre du championnat du Brésil), cinq années d'affilée, de 1961 à 1965. La formation s'impose finalement comme la meilleure équipe du monde en 1962 et 1963, en remportant deux années d'affilée la Copa Libertadores puis la Coupe intercontinentale. Les Brésiliens battent lors de ses finales successives le CA Peñarol, double tenant de la Copa Libertadores, le Benfica Lisbonne d'Eusébio, les Argentins de Boca Juniors, puis le Milan AC, après un match d'appui. Il quitte le club en 1967 sur un total de 354 matchs (pour un but).