Musim pertama bersama Nerazzurri di tahun 2010, Diego Milito kembali tampil memukau seperti di Zaragosa maupun di Genoa. Di klub inilah, namanya kian bersinar, lantaran ia berperan penting membawa Inter Milan meraih sejumlah prestasi.
Berawal dari kontribusinya atas prestasi Inter Milan di Coppa Italia 2010, kemudian menjadi juara Serie A, dan melengkapi prestasi Inter Milan dengan trofi Liga Champions edisi 2009/2010.
Menariknya, saat itu, saat Inter Milan bersua dengan klub raksasa La Liga Spanyol, FC Barcelona di partai Semi Final yang diperkuat sang adik Gabriel Milito, Diego Milito tampil bringas.
Ia  menunjukkan sinarnya dengan ikut mencatatkan namanya pada papan skor, saat Inter Milan bermain imbang (1-1) pada babak pertama, golnya pada menit 47 setelah menerima assist dari Maicon, gol Milito menjadi pelecut semangat anak-anak Nerazzuri kala itu, pertandingan  semifinal pun ditutup dengan gol Wesley Sneijder di babak kedua.
Usai menundukkan FC Barcelona, Inter Milan melenggang ke partai puncak bersua Bayern Mnchen di Stadion Santiago Bernabeu Madrid. Inilah final pertama Diego Milito di kompetisi elit antarklub Eropa.
Namanya pun masuk dalam catatan sejarah perhelatan Liga Champions Eropa, lantaran di partai Final, 2 golnya berhasil membawa Inter Milan memenangkan pertandingan dan melengkapi pencapaian mereka di tahun 2010.
Sukses membawa Inter Milan Milan merengkuh treble winner usai memenangkan Serie A, Coppa Italia, dan Liga Champions. Diego Milito pun mendapat sorotan kala itu di Eropa.
Namun sayangnya, penampilan memukau di Eropa berbanding terbalik saat ia mengenakan seragam timnas Argentina.
Lantaran di timnas Argentina, ia kalah bersaing dengan Javier Saviola, Carlos Tevez, Gonzalo Higuan, Hernan Crespo, Lionel Messi, dan striker gaek Boca Junior Martin Palermo. Â
Saat timnas Argentina menjalani laga pra kualifikasi piala dunia 2010 zona Conmebol, Diego Milito memang menjadi bagian dari timnas Argentina, namun ia kerap tampil melempem, sehingga sepanjang laga kualifikasi, ia lebih banyak menghabiskan waktu di bangku Cadangan.
Penampilan kurang mengesankan saat berkostum Albicelestes, merepresentasikan pendapat para penggemar timnas Argentina bahwa pemain bernama lengkap Diego Alberto Milito, merupakan satu dari sekian striker top Eropa yang gagal bersinar di timnas Argengtina.
