Voltooi de volgende zin: Op 6 juli 2009, toen het Milanese team herenigde voor de training voor het seizoen, werd Ambrosini officieel benoemd tot clubkapitein en erfde de armband van Paolo Maldini. Op 8 september 2009 voegde hij nog een jaar toe aan zijn contract, waardoor zijn verblijf bij het team ten minste tot 2011 werd verlengd. Hij won de Serie A-titel in het seizoen 2010-11 met drie wedstrijden in handen, waarbij hij de stadsrivalen Internazionale versloeg. Op 19 mei 2011 tekende hij een nieuw eenjarig contract. Na een teleurstellende tweede plaats in de
In het seizoen 2011-12 en het vertrek van teamgenoten Filippo Inzaghi, Alessandro Nesta, Gennaro Gattuso en Clarence Seedorf, werd gemeld dat Ambrosini zijn toekomst met de club overwoog, maar Adriano Galliani kon Massimo overtuigen om nog een eenjarig contract te ondertekenen en de aanvoerder van Milan te blijven voor het seizoen 2012-13. Na een zeer ruwe start met een aantal opmerkelijke nederlagen eindigde Milaan het seizoen op de derde plaats achter de huidige kampioen Juventus en de tweede plaats Napoli, waardoor ze een plaats kregen in de play-off voor de kwalificatie van de Champions League van het volgende seizoen.