En 1964, Mazzola marcou dúas veces para axudar ao Inter a derrotar ao Real Madrid na final da Copa de Europa de 1964 para axudar ao club a emular a fazaña do rival de Milán na tempada anterior; rematou o torneo como o máximo goleador con sete goles. O Inter defendeu o seu título europeo de novo na tempada seguinte ao derrotar ao Benfica na final. O Inter foi eliminado nas semifinais da Copa de Europa durante a tempada 1965-66 polo eventual campión Real Madrid, mentres que na tempada 1966-67, o Inter alcanzou a súa terceira final da Copa de Europa, pero perdeu por 2 a 1 ante o Celtic a pesar de que Mazzola marcou o gol de apertura do partido desde o penalti no sétimo minuto. Mazzola tamén gañou dúas Copas Intercontinentais consecutivas co Inter en 1964.
E chegou á final da Copa de Italia 1964-65, así como a un terceiro lugar na Copa de Italia durante a tempada 1967-68; chegou a outra final da Copa de Europa co Inter en 1972, só para perder por 2-0 contra o Ajax.