En 2003 comenzó a jugar con el equipo de su ciudad natal: el Livorno. En la temporada de Serie B 2003/04 disputó 43 partidos con 29 tantos, rozando así el título de máximo goleador del torneo (que fue ganado por Luca Toni del Palermo). Con Lucarelli el Livorno ascendió a la Serie A, tras 55 años de ausencia. En 2004 el Torino ofreció 4 mil millones de liras al Livorno y mil millones al delantero, ya que su ficha estaba en copropiedad entre estos dos clubes: a pesar de la oferta, Lucarelli decidió permanecer en el club de su corazón. Con sus 24 tantos en 33 partidos, se consagró capocannoniere de la temporada &lt;a href="Serie%20A%20%28Italia%29%202004-05"&gt;2004/05&lt;/a&gt;. En la temporada 2005/06 realizó 19 goles. La temporada siguiente el Livorno participó por la primera vez en su historia en las copas europeas, superando la primera ronda y la fase de grupos de la Copa de la UEFA; Lucarelli totalizó 5 goles en este torneo y 20 en la Serie A. Dejó el Livorno tras cuatro temporadas, con un total de 158 presencias y 101 goles.