I 1964 scorede Mazzola to gange for at hjælpe Inter med at besejre Real Madrid i Europacupfinalen i 1964 for at hjælpe klubben med at efterligne den tvær-by rival Milans præstation i den foregående sæson; han sluttede turneringen som den fælles bedste scorende med syv mål. Inter forsvarede deres europæiske titel igen den følgende sæson ved at slå Benfica i finalen. Inter blev elimineret i semifinalen af Europacuppen i løbet af 1965-66 sæsonen af Real Madrid, mens i 1966-67 sæsonen, Inter nåede deres tredje Europacup Finalen, men tabte 2-1 til Celtic på trods af Mazzola scorede åbningsmålet i kampen fra straffespark i det syvende minut. Mazzola vandt også to på hinanden følgende Intercontinental Cups med Inter i 1964
Han nåede også en tredjeplads i Coppa Italia i 1967-68 sæsonen. Han nåede endnu en Europacup-finale med Inter i 1972, men tabte 2-0 til Ajax.