美馬学
2019年11月25日、千葉ロッテマリーンズが獲得を発表した。契約期間は3年で、推定年俸総額は5億円(出来高込み)。背番号は楽天時代と同じ15。同年10月12日に誕生した第1子が右手首欠損症という形成不全を抱えていたことから、家族が住む関東の球団への移籍を希望していたこと、そして美馬は過去に右肘を6度手術していることから、医療面のサポート体制を重視。千葉県に本拠地を置き、2020年より順天堂大付属医院と系列の浦安病院と提携するロッテへの移籍を決めた。これにより美馬は楽天生え抜き選手では国内他球団にFA移籍した初めての選手となった。
2020年、開幕戦の相手が前年相性の良かったソフトバンクであることや経験を買われ自身3年ぶりの開幕投手が内定していたが、新型コロナウイルス感染拡大の影響で開幕が1か月以上延期したことや、左脇腹痛とコンディション不良により白紙。最終的に開幕投手は2年連続で石川歩が務めることとなったが、美馬も開幕から先発ローテーションに入り、6月21日のソフトバンクとの開幕カード第3戦(福岡PayPayドーム)で移籍後初先発。5回1失点で移籍後初勝利を挙げた。7月5日の対楽天戦(楽天生命パーク)では史上357人目の通算1000投球回を達成するも、5回2/3を5失点で敗戦投手となった。その後は7月21日の対西武戦(メットライフドーム)、7月28日の対楽天戦(ZOZOマリン)と2週続けて6失点するなど、7月は月間防御率7.15と苦戦し、防御率は5.71まで悪化した。
初安打:2016年6月16日、対読売ジャイアンツ3回戦(東京ドーム)、2回表に大竹寛から中前安打
初打点:同上、3回表に西村健太朗から投前適時内野安打
シーズン残り4試合でマジック3という状況で迎えた10月25日の対ソフトバンク戦では1回2/3を投げて6安打7失点(自責点0)とチームの命運がかかった試合で打ち込まれた。期待された先発の柱としての役割を果たせずチームはリーグ優勝を逃し、レギュラーシーズンは21試合の先発で6勝7敗・防御率4.92という成績に終わった。クライマックスシリーズではファイナルステージ第2戦に先発。6回2死まで4安打無失点と好投していたが、吉田正尚が放った強烈なライナーが右膝上に直撃し、負傷降板。緊急登板した東妻勇輔が杉本裕太郎に決勝の2点本塁打を打たれたことで美馬が敗戦投手となり、チームはファイナルステージで敗退した。
2022年、開幕から好投を見せたが打線の援護が少なく4連敗。5月12日の対東北楽天ゴールデンイーグルス戦でシーズン初勝利をあげると、今度は一転して4連勝を記録した。しかし、その後は打ち込まれることも多くなり、前半戦終了時には13試合の登板で5勝6敗、防御率4.15に終わった。7月22日に新型コロナウイルスの陽性判定を受けて抹消。8月16日の対オリックス戦で戦列復帰して以降は、7試合の先発でQS5回、5勝0敗で防御率0.82と抜群の安定感を見せ、自身のシーズン最後の登板となった9月28日の対北海道日本ハムファイターズ戦で自身2年ぶりの2桁勝利を達成。シーズンを通して20試合の先発でチーム最多の10勝(6敗)、防御率2.91の好成績を残した。12月14日には新たに2年間の契約延長に合意した。