Por la 9.ª fecha de la liga, Cavani jugaría su primer clásico en Francia, en el denominado «Le Classique» entre el París Saint-Germain y el Olympique de Marsella. El 21 de mayo de 2016, ya sobre el final de la temporada, Cavani anotó el tercer gol decisivo de la victoria del PSG por 4-2 sobre el Olympique de Marsella por la Copa de Francia de Fútbol 2015-16, ganando su segundo triplete consecutivo de (Ligue 1-Copa de Francia-Copa de la Liga) para el club.
El 18 de diciembre del mismo 2013, haría su debut en la Copa de la Liga de Francia de la correspondiente temporada, ante el Saint-Étienne en un encuentro por los octavos de final de la competición. El 5 de abril de 2013, en un partido entre Napoli-Internazionale jugado por la 35.ª fecha, en donde el goleador uruguayo anotaría un hat-trick, llega a los 100 goles defendiendo los colores del equipo del sur. 4 días más tarde anota un doblete, en la goleada del conjunto parisino frente al Celtic por Champions League, Con ese doblete Cavani se convirtió en el 4° latinoamericano con más goles por la ya mencionada Champions League.
3 días más tarde marca frente al Troyes. Luego del paro por las eliminatorias mundialistas el 18 de septiembre, con la ayuda de Neymar y Mbappé marca el 2° tanto en el 3-0 sobre el Anderlecht, con una asistencia de Mbappé. Luego de un paro por Fecha FIFA, el 18 de noviembre marca otro doblete contra el Nantes. El 13 de agosto marca otro gol tras asistencia de Neymar y luego asiste al propio Neymar en un partido que significaba la derrota 3-0 del Guingamp.
El 4 de noviembre, marca otro doblete frente al Angers, llegando a los 101 goles en la liga francesa y convirtiéndose en el 1° uruguayo en superar la barra de los 100 goles en 2 de las más prestigiosas ligas de Europa (siendo Italia y Francia en este caso). El 15 de mayo de 2017, fue nombrado Jugador de la Ligue 1 del Año por anotar 35 goles. De cara a la temporada 2010 se presenta el nuevo uniforme titular, presentando unas variaciones con respecto al de 2009. A mitad de año se presenta la nueva camiseta alternativa, rompiendo los esquemas anteriormente establecidos.
Comenzó la temporada contra el Lyon por el Trophée des Champions el 1 de agosto de 2015,en la que ganaron 2-0 marcando el segundo gol para el club Parisino. Cavani haría su debut oficial con el club parisino (PSG) el 9 de agosto de 2013 por la primera fecha de la Ligue 1, en el empate 1 a 1 de su equipo contra el Montpellier Sport Club. La Liga de Campeones de la UEFA (en inglés y oficialmente, UEFA Champions League; UCL), conocida en sus orígenes como Copa de Europa, es el torneo internacional oficial de fútbol más prestigioso a nivel de clubes entre los organizados por la Unión de Asociaciones Europeas de Fútbol (UEFA).
Este mismo sábado ya se pondrá a las órdenes de Bordalás para preparar el próximo partido de Copa ante al Cádiz. Por la duodécima fecha de la liga, anotaría nuevamente un doblete en la victoria del París Saint-Germain por 4 a 0 ante el Lorient y que lo dejaría, de manera parcial, en la cima de la tabla de anotadores de la liga francesa. En las semifinales eliminaron al PSG francés tras empatar a uno en la ida jugada en París y ganar por 2-1 en el partido de vuelta jugado en Barcelona. Además con 5 tantos ya es uno de los goleadores del Clásico Francés (superado solo Zlatan Ibrahimović y Pauleta).
Su primer gol en ese partido, vendría tras regatear a un defensa y al arquero rival, hecho que su propio entrenador, el francés Laurent Blanc, destacó debido a la dificultad de marcar en esas condiciones. Sin embargo, no todos los grandes jugadores de aquella generación perecieron en el siniestro, pues el capitán, Kalusha Bwalya no iba a bordo del vuelo siniestrado al estar jugando en ese momento para su equipo, el PSV Eindhoven, mientras que Charles Musonda, que también jugaba en Europa en el Anderlecht belga, se encontraba lesionado. El 2 de diciembre marcó su primer triplete con la camiseta azzurra, ante el Utrecht neerlandés en Liga Europa.
Empató a dos goles en la primera jornada ante el Borussia Mönchengladbach y no pasó del 0-0 frente al Shakhtar Donetsk, líder del grupo B con 4 puntos. El grupo de Fuencarral ha decidido ofrecer este domingo, a partir de las 20:45 horas, el partido de fútbol que disputarán el Olympique de Lyon y el PSG, correspondiente a la 20ª jornada de Ligue 1. El choque podrá verse a través de Cuatro, por lo que la cadena verá alterada su parrilla.
El 29 de julio, Cavani inicia la temporada con el PSG, ganando el trophee de champions por 2-1 contra el Mónaco. El 15 de octubre, Cavani anotó el segundo gol del PSG en el minuto 18 en la victoria por 2-1 de la Ligue 1 contra Nancy. Sus buenas actuaciones con el Napoli en la temporada 2010-11 de la Serie A lo llevaron a ser reconocido en los Oscar del Calcio 2012, formando parte del equipo ideal de la Serie A y siendo condecorado como el segundo mejor jugador de dicho torneo, superado únicamente por el sueco Zlatan Ibrahimović.
En enero de 2013, Cavani obtendría una nueva distinción: el «Gran Galà AIC del Calcio», reemplazante de los Oscar del Calcio, integraría por segunda vez consecutiva a Cavani en el equipo ideal de la liga italiana, por su desempeño en la temporada 2011-12 en donde se consagró como el tercer máximo artillero del certamen. El 20 de enero de 2013, en un partido entre Fiorentina-Napoli jugado por la 21.ª fecha de la correspondiente temporada, llega a los 100 goles en el Calcio, chandal real madrid hombre casi seis años después de marcar el primero.
Finalmente, Cavani sería presentado en el club parisino el 16 de julio de 2013, y el valor total de su traspaso fue de 64 millones de euros, un millón más de lo que costaba su cláusula de salida. Terminó la temporada con 52 partidos jugados, marcando 25 goles y 6 asistencias en todas las competiciones con el club. PSG en anotar 100 goles para el club. Cavani anotó un gol en los dos partidos de ida y vuelta de la derrota global por 6-5 del PSG ante el FC Barcelona en la ronda de octavos de final de la UEFA Champions League, llevándolo a ocho goles en ocho partidos en la competición de la temporada.
