La stagione 2005-06 vede Bonucci vincere con la formazione giovanile interista la Coppa Italia Primavera, agli ordini di Daniele Bernazzani (benché non scenda in campo nella doppia finale contro i concittadini del ). Intanto il 14 maggio 2006 Roberto Mancini, tecnico della prima squadra, lo fa esordire in Serie A, facendolo subentrare al 90' a Solari nella sfida dell'ultima giornata di campionato a San Siro contro il (2-2): con tale presenza, "a posteriori" rientra ufficialmente nella rosa campione d'Italia dopo l'assegnazione d'ufficio dello scudetto ai nerazzurri, nelle settimane seguenti, per effetto delle sentenze di Calciopoli. Nell'annata seguente rimane nei ranghi della Primavera, perdendo la supercoppa di categoria contro la (in cui subentra nel corso della finale) ma emergendo poi nel corso della stagione, insieme ad altri promettenti elementi quali Balotelli e Biabiany, tra i maggiori artefici della vittoria del titolo di categoria: «già da ragazzo si intravedeva quanto fosse un vincente, tanto che fu uno dei protagonisti del nostro scudetto», ricorderà a posteriori il tecnico di quella formazione, Vincenzo Esposito. Mancini gli concede inoltre 3 nuove presenze con la prima squadra, tutte in Coppa Italia, tra cui la semifinale di ritorno giocata da titolare contro la (0-0).