Í 1964 skoraði Mazzola tvisvar til að hjálpa Inter að sigra Real Madrid í úrslitaleik Evrópubikarsins 1964 til að hjálpa félaginu að líkja eftir þverborgarrivali Milan á undanfarna tímabili; hann lauk mótinu sem sameiginlegur markahæsti leikmaður með sjö mörkum. Inter varði Evrópukeppni sína aftur á næsta tímabili með því að sigra Benfica í úrslitakeppninni. Inter var útrýmt í undanúrslitum Evrópukeppninnar á tímabilinu 1965-66 af Real Madrid, en á tímabilinu 1966-67 náði Inter í þriðja úrslitakeppni Evrópukeppninnar, en tapaði 2-1 fyrir Celtic þrátt fyrir að Mazzola skoraði opnunarsals leiksins úr vítaspyrnu á sjöundu mínútu. Mazzola vann einnig tvær Intercontinental Cups í röð með Inter árið 1964.
Hann komst í úrslit Coppa Italia 1964-1965 og varð þriðji í Coppa Italia á tímabilinu 1967-1968. Hann komst aftur í úrslit Evrópubikarsins með Inter árið 1972, en tapaði 2-0 fyrir Ajax.