Il 7 maggio 2011 ha vinto lo scudetto, primo con i rossoneri e terzo personale, a due giornate dal termine del campionato grazie allo 0-0 contro la . Il 6 agosto 2011 ha vinto la Supercoppa italiana con il Milan battendo l' a Pechino per 2-1. Il 6 novembre 2011, nella sfida interna contro il Catania, Zambrotta è ritornato al gol dopo tre anni, segnando la rete del definitivo 4-0. Nelle quattro stagioni trascorse con la maglia rossonera, alla fine delle quali rimane svincolato, ha disputato 107 partite segnando 2 reti.