Quando il nuovo allenatore Massimiliano Allegri è stato nominato nell'estate del 2010, ha mantenuto Antonini nella posizione di difensore sinistro e Luca è stato un regolare nella starting XI per l'intera stagione 2010-11, aiutando il Milan a vincere il loro 18 ° Scudetto. Ha continuato ad essere un regolare per il 2011<unk>12
La stagione 2010-2011 ha visto il Milan terminare secondo alla Juventus, ma riuscì a vincere la Supercoppa Italiana nell'estate 2011.