Leo X, som ikke var det minste bekymret for hvordan det gikk med basilikaen, kom senere tilbake til Michelangelo med et annet stort oppdrag. Denne gangen bestilte han et gravkapell for slekten Medici i San Lorenzo-kirken. Dette prosjektet, som opptok Michelangelo på 1520- og 1530-tallet, kom nærmere fullførelse. Selv om gravkapellet stadig er uferdig, er dette det beste eksempel vi har av kunstnerens forening av sine skulpturelle og arkitektoniske visjoner – Michelangelo skapte både skulpturene og interiøret. Ironisk nok tilhører de betydeligste gravene to av de minst betydelige medlemmer av slekten, en sønn og en sønnesønn av Lorenzo. Il Magnifico selv er begravet i en ufullført og forholdsvis lite imponerende grav på en av sideveggene i kapellet og har ikke fått det frittstående monumentet som opprinnelig var tilsiktet.