Il 31 agosto 2015 viene ceduto a titolo definitivo all'[[Football Club Internazionale Milano|Inter]] per 3,7 milioni di euro (più eventuali bonus); qui ritrova il suo allenatore ai tempi del Galatasaray [[Roberto Mancini]].<ref>{{Cita web|url = http://www.fcinternews.it/copertina/felipe-melio-ed-alex-telles-passano-all-inter-le-cifre-dei-due-trasferimenti-194574|titolo = Felipe Melo ed Alex Telles passano all'Inter: le cifre dei due trasferimenti|data = 31 agosto 2015|accesso = 12 gennaio 2017|urlarchivio = https://web.archive.org/web/20170113104245/http://www.fcinternews.it/copertina/felipe-melo-ed-alex-telles-passano-all-inter-le-cifre-dei-due-trasferimenti-194574|dataarchivio = 13 gennaio 2017|urlmorto = sì}}</ref> Sceglie per la sua nuova avventura neroazzurranerazzurra di indossare il numero 83.<ref>{{Cita web|url = https://twitter.com/Inter/status/638995242172174336|titolo = F.C. Internazionale on Twitter|accesso = 2 settembre 2015}}</ref> Esordisce con una maglia da titolare nel ''derby della Madonnina'' vinto 1-0 sul [[Associazione Calcio Milan 2015-2016|Milan]] offrendo subito un'ottima prestazione. Il 23 settembre segna il primo gol nella vittoria per 1-0 contro l'[[Hellas Verona Football Club|Hellas Verona]].<ref>{{Cita web|url = http://direttacalcio.sportmediaset.it/ls/livescore/?/sportmediaset/it/page/live/sportcenter#matchid_7689036|titolo = Sportmediaset.it|accesso = 23 settembre 2015|dataarchivio = 23 settembre 2015|urlarchivio = https://web.archive.org/web/20150923102946/http://direttacalcio.sportmediaset.it/ls/livescore/?/sportmediaset/it/page/live/sportcenter#matchid_7689036|urlmorto = sì}}</ref> Offre buone prestazioni fino al 20 dicembre quando contro la {{Calcio Lazio|N}} causa il rigore che vale la seconda sconfitta in campionato e soprattutto si fa espellere nel finale per un brutto intervento ai danni di [[Lucas Biglia]] che gli costa tre giornate di squalifica. In seguito non riesce a ripetersi come nella prima parte di stagione e chiude l'anno con 28 presenze e 1 gol.<ref>{{Cita web|url = http://www.tuttosport.com/news/calcio/calciomercato/2016/03/08-9260809/calciomercato_l_inter_dice_addio_a_felipe_melo/?cookieAccept|titolo = Calciomercato: l'Inter dice addio a Felipe Melo|data = 8 marzo 2016}}</ref> La stagione seguente finisce ai margini della rosa con i nuovi allenatori [[Frank de Boer]] prima e successivamente [[Stefano Pioli]] giocando solo 10 partite; in tutto con l'Inter in un anno e mezzo ha giocato quindi 38 partite e segnato 1 gol.
