2003年的7月19日，巴萨花费3000万欧元将小罗从巴黎带到诺坎普，双方签下5年合同。三天之后的7月22日，巴萨为小罗在诺坎普球场举办了盛大的欢迎仪式，小罗正式亮相诺坎普球场。
在同年的8月30日，小罗在巴萨对阵毕尔巴鄂竞技的西甲首轮中迎来了自己的首秀。仅仅4天后，罗纳尔迪尼奥便代表巴萨在对阵塞维利亚的比赛中打入加盟处子球，加盟首个赛季，小罗为巴萨打进19球，成为队内射手王。
2004年12月22日，罗纳尔迪尼奥迎来了自己足球生涯的巅峰，他首次获得“世界足球先生”，整个2004-05赛季，罗纳尔迪尼奥在西甲赛场打入9球并且有10次助攻，帮助巴萨时隔六年重夺西甲冠军。
2005年11月29日，罗纳尔迪尼奥力压兰帕德与杰拉德，获得当年的欧洲金球奖，不到一个月后的12月20日，小罗蝉联了“世界足球先生”，在当年的国家德比战中，罗纳尔迪尼奥在伯纳乌梅开二度助巴萨3-0完胜老对手皇家马德里，此时伯纳乌的8万多现场球迷也毫不吝啬地给“死敌”的这位巴西精灵送上阵阵掌声。罗纳尔迪尼奥在整个2005-06赛季共为巴萨出场45次，打入26粒进球并且有21次助攻，巴萨时隔14年再次夺得欧冠冠军，小罗被评为当赛季欧洲俱乐部最佳球员和西甲最佳球员。
也就是在同年，巴萨一名叫梅西的小球员横空出世，并在日后成为继小罗后巴萨的核心球员。小罗是梅西一线队生涯的领路人，梅西职业生涯起步的老大哥，也是梅西之前巴塞罗那这座城市的最强10号。梅西出道时，小罗正值职业生涯的巅峰，对于这位天赋出众的新星，小罗不仅没有嫉妒，还全心全意地帮助他成长，在小罗离开巴萨之时，更是钦点要将10号球衣交给梅西。
小罗助攻梅西打入巴萨一线队首球
2008年7月15日，小罗正式由巴萨转会至意甲豪门AC米兰，结束了自己5年红蓝军团的辉煌生涯。
