Il 24 maggio 2011, il Milan esercitò la sua opzione per acquistare Amelia per 3,5 milioni di euro su un contratto triennale, nonostante Amelia avesse fatto solo poche apparizioni e fosse la seconda scelta di Christian Abbiati per tutta la stagione. Amelia ha fatto il suo debutto nel 2011/12
stagione in Serie A, il 28 novembre 2011 contro il Chievo, in sostituzione di Abbiati, che aveva subito un infortunio alla spalla. Amelia ha fatto 14 presenze per il Milan in quella stagione.