Den 29 januari 2013 värvades Balotelli av AC Milan, där han skrev på ett 4,5-årskontrakt. Balotelli tilldelades tröjnumret 45, samma nummer som han haft i Inter och Manchester City. Den 3 februari 2013 debuterade Balotelli för Milan och gjorde två mål i en 2–1-vinst över Udinese. I de följande två matcherna gjorde Balotelli ytterligare två mål, varav ett frisparksmål mot Parma. Balotelli gjorde sitt femte mål på fem matcher som inhoppare i en 2–0-vinst över Genoa. I följande match mot Palermo fortsatte Balotelli sitt imponerande målfacit med två nya mål. Han gjorde senare fyra mål på tre raka matcher mot Catania, Torino och Pescara. På säsongens sista matchdag gjorde Balotelli sitt sammanlagt 12:e mål på 13 matcher för Milan, då de slog Siena med 2–1 och säkrade en plats i &lt;a href="Uefa%20Champions%20League%202013/2014"&gt;Champions League 2013/2014&lt;/a&gt;.