Med en overgangsklausul i den nysignerte kontrakten på 25 millioner euro benyttet Juventus muligheten til å legge inn et bud på Melo. De to klubbene ble enige om overgangen ved at Marco Marchionni gikk den andre veien i midten av juli 2009. Melo startet karrieren i Juventus på en positiv måte ved at han scoret sitt første mål for klubben i seriekampen mot AS Roma, men i desember 2009 ble han utvist i toppkampen mellom Juventus og Internazionale etter å ha satt albuen i ansiktet Inters angriper Mario Balotelli. Til tross for en middelmådig sesong fikk han spille 29 seriekamper hvor han scoret to mål.