Die Rossoneri sicherten sich zudem im Anschluss an das einjährige Leihgeschäft eine Kaufoption in Höhe von 35 Millionen Euro.
Bakayoko war erst im vergangenen Jahr für 40 Millionen Euro von der AS Monaco zu den Blues gewechselt, wo er in der vergangenen Saison in 29 Spielen in der Premier League zum Einsatz gekommen war.
Unter dem neuen Trainer Maurizio Sarri hatte Chelsea mit Jorginho und Mateo Kovacic hochkarätige Konkurrenz für die Positionen in der Mittelfeldzentrale verpflichtet.