Etter en god debutsesong for Lightnings farmerlag Syracuse Crunch i AHL og som følge av at Tampa Bay Lightning hadde slitt med skader på backplass ble han den 5. januar 2024 kalt opp i troppen til Lightning. Dagen etter fikk han sin NHL-debut og fikk 11 minutter og 48 sekunder med spilletid da Lightning tapte 7–3 borte mot Boston Bruins. Den 9. januar, i sin andre kamp for klubben, noterte han seg for sitt første målpoeng i en 3–2-seier mot Los Angeles Kings. Lilleberg markerte seg ytterligere med en knallhard takling på Anaheim Ducks' Brett Leason. Veiledet av barnshelten og lagkammeraten Victor Hedman så gjorde Lillebergs defensive og fysiske spill ham bemerket av Tampa Bays fanbase og klubbledelse. Etter 23 kamper ble Lilleberg ble den 8. mars sendt ned til farmerklubben Syracuse Crunch i AHL for å gjøre ham spilleberettiget til AHL-sluttspillet. Den 16. mars ble han igjen hentet opp til Lightning.