V roku 1964 Mazzola strelil dvakrát, aby pomohol Inter poraziť Real Madrid vo finále európskeho pohára v roku 1964, aby pomohol klubu napodobniť cross-city rival Milánov výkon z predchádzajúcej sezóny; dokončil turnaj ako spoločný top scorer so siedmimi gólmi. Inter opäť obhajoval svoj európsky titul v nasledujúcej sezóne porazením Benficy vo finále. V sezóne 1966/1966 sa Inter dostal do semifinále Európskeho pohára, kde ho porazil Real Madrid, zatiaľ čo v sezóne 1966/1967 sa Inter dostal do svojho tretieho finále Európskeho pohára, ale prehral 2:1 s Celticom, napriek tomu, že Mazzola v siedmej minúte zabodoval začiatočný gól z penalty. Mazzola tiež vyhral dva po sebe idúce Intercontinental Cupy s Interom v roku 1964.
V sezóne 1967-1968 sa mu podarilo získať tretie miesto v Coppe Italia. V roku 1972 sa dostal do finále Európskeho pohára s Interom, ale prehral 2:0 proti Ajaxu.