Le , il signe pour 18 millions d'euros un contrat de quatre ans en faveur de l'AC Milan. Il y forme avec Bonucci et Romagnoli le trio défensif du 3-5-2 de Montella. Cependant, suite aux mauvais résultats du club (7ème de Serie A au bout de la quatorzième journée, alors qu'à la même période, le club était 3ème lors de la saison précédente), ce dernier est remplacé par Gennaro Gattuso qui revient rapidement au 4-3-3 où Musacchio perd sa place de titulaire.