Vì gia đình Messi có người thân sống ở Catalonia nên họ đã tìm cách sắp xếp cho Messi thử việc với Barcelona vào tháng 9 năm 2000. Giám đốc kỹ thuật Charly Rexach ngay lập tức muốn được ký hợp đồng với anh, nhưng ban lãnh đạo lại do dự; vào thời điểm đó, việc các câu lạc bộ châu Âu ký hợp đồng với những cầu thủ nước ngoài ở độ tuổi trẻ như vậy là rất bất thường. Vào ngày 14 tháng 12, gia đình Messi đã đưa ra tối hậu thư cho Barça nhằm chứng minh cam kết của họ, và Rexach lúc đó không mang theo tờ giấy nào trong người nên đã viết một bản hợp đồng trên tờ giấy ăn. Vào tháng 2 năm 2001, gia đình Leo chuyển đến Barcelona, sinh sống trong một căn hộ gần sân nhà của câu lạc bộ, Camp Nou. Trong năm đầu tiên của anh ở Tây Ban Nha, Messi hiếm khi được thi đấu cho Infantiles do còn mâu thuẫn trong vấn đề chuyển nhượng với Newell's; là một người ngoại quốc, anh chỉ có thể được ra sân trong các trận giao hữu và giải vô địch Catalan. Không có bóng đá, anh phải vật lộn để hòa nhập với đội bóng; vốn là người kín tiếng, anh ít nói đến mức ban đầu những người đồng đội tin rằng Messi bị câm. Anh còn phải trải qua quãng thời gian nhớ nhà sau khi mẹ anh chuyển về Rosario cùng với các anh trai và cô em gái María Sol, trong khi Messi vẫn ở lại Barcelona với cha mình.Sau một năm theo học tại lò đào tạo trẻ của Barcelona, La Masia, Messi cuối cùng đã được ghi danh vào Liên đoàn bóng đá Hoàng gia Tây Ban Nha (RFEF) tháng 2 năm 2002. Có thể góp mặt ở mọi giải đấu, anh kết bạn với nhiều người đồng đội, trong số đó có Cesc Fàbregas và Gerard Piqué. Sau khi hoàn thành đợt điều trị hormone tăng trưởng ở tuổi 14, Messi trở thành một phần không thể thiếu của "Baby Dream Team", đội trẻ vĩ đại nhất từ trước đến nay của Barcelona. Trong mùa giải đầu tiên (2002–03), anh là vua phá lưới với 36 bàn sau 30 trận cho Cadetes A, giành được cú ăn ba vô tiền khoáng hậu của giải quốc nội bao gồm hai cúp Tây Ban Nha và một cúp Catalan. Trận chung kết Copa Catalunya, chiến thắng 4–1 trước Espanyol, được biết đến trong lịch sử câu lạc bộ với cái tên partido de la máscara, trận chung kết của những chiếc mặt nạ. Một tuần sau khi bị gãy xương gò má trong một trận đấu tại giải vô địch quốc gia, Messi được phép ra sân với điều kiện phải đeo một miếng bảo vệ bằng nhựa; bị cản trở bởi chiếc mặt nạ, anh đã tháo nó ra và ghi hai bàn trong 10 phút trước khi rời sân. Vào cuối mùa giải, anh nhận được đề nghị gia nhập Arsenal, lần đầu tiên từ một câu lạc bộ nước ngoài, nhưng trong khi Fàbregas và Piqué sớm đến Anh, anh đã chọn ở lại Barcelona.
Vì gia đình Messi có người thân sống ở Catalonia nên họ đã tìm cách sắp xếp cho Messi thử việc với Barcelona vào tháng 9 năm 2000. Vào ngày 14 tháng 12, gia đình Messi đã đưa ra tối hậu thư cho Barça nhằm chứng minh cam kết của họ, và Rexach lúc đó không mang theo tờ giấy nào trong người nên đã viết một bản hợp đồng trên tờ giấy ăn.