Il 1º giugno 2010 approda alla come direttore generale. Il successivo 27 ottobre entra nel consiglio di amministrazione del club e viene contestualmente nominato amministratore delegato. Tra le sue prime operazioni in bianconero c'è l'acquisto di Andrea Barzagli, "colonna" difensiva della squadra per il successivo decennio. Agli inizi degli anni 2010 è tra gli artefici del ritorno ai vertici della società bianconera dopo l'opaco lustro post-"Calciopoli". La stagione 2011-2012, in cui Marotta porta a Torino Andrea Pirlo e Arturo Vidal, culmina nella conquista dello Scudetto — titolo che mancava nella bacheca juventina da nove anni — al termine di un campionato concluso da imbattuti: quella torinese è la terza squadra a riuscire in una simile impresa dall'istituzione del "girone unico", e la seconda a farlo chiudendo anche la classifica al primo posto.