En 2001-2002, malgré le départ de Zinédine Zidane, la "Vieille Dame" reconquiert le titre national qui la fuyait depuis trois saisons. Filippo Inzaghi ayant quitté le club, Trezeguet devient titulaire à part entière au club et finit co-meilleur buteur de la Serie A avec 24 buts (ex-aequo avec Dario Hübner). Il marque également 8 buts en Ligue des champions 2001-2002, finissant deuxième meilleur buteur derrière Ruud van Nistelrooy. À 24 ans, cette saison marque l'apogée de sa carrière.