Tuttavia i lombardi mancano la qualificazione alle top16 di Eurolega e il 3 gennaio 2011 Piero Bucchi, a seguito di una serie di pesanti sconfitte nelle partite chiave della sua terza stagione da capo allenatore, viene esonerato e sostituito da Dan Peterson, che torna in panchina dopo 23 anni di inattività.
La società ingaggia inoltre il centro Benjamin Eze e la guardia Lynn Greer.
Milano chiude la stagione regolare al 3º posto, e ai play-off, dopo aver sconfitto la sorpresa del campionato Sassari per 3 a 1, viene eliminata in semifinale dalla Bennet Cantù.
In campionato, al termine della stagione regolare, l'Olimpia è 4ª classificata e nei playoff affronta la Montepaschi Siena.