Le , Lukaku s'engage pour cinq saisons avec l'Inter Milan et récupère le numéro 9 de Mauro Icardi. Le coût du transfert est estimé à plus de . Le , l'attaquant belge dispute son premier match sous les couleurs du club italien en étant titularisé lors de la première journée de Serie A contre Lecce. Il se distingue en inscrivant le troisième but de l'Inter, qui remporte la rencontre sur le score de 4-0. La saison 2019-2020 est la plus prolifique dans la carrière de Lukaku, qui inscrit trente-quatre buts en cinquante matchs toutes compétitions confondues. L'Inter termine deuxième en Serie A et parvient à se hisser en finale de la Ligue Europa, défait par le Séville FC (3-2). L'attaquant belge inscrit sept buts en six matchs de Ligue Europa au cours de cette saison, décrochant au passage le record de matches consécutifs dans la compétition avec un but marqué (onze). Une série entamée dans les rangs d'Everton en 2014-2015. Il devient également le meilleur buteur belge en Ligue Europa à l'issue de cette saison.