Marcelo tekende op 8 juli 2010 een contract dat hem tot de zomer van 2013 verbond aan [[PSV (voetbal)|PSV]], met daarin een optie om de verbintenis voor twee seizoen te verlengen.<ref>[http://www.psv.nl/psv/nieuws/artikel/Braziliaan-Marcelo-tekent-voor-drie-jaar.htm PSV.nl - Braziliaan Marcelo tekent voor drie jaar]</ref> De club betaalde ca. € 2.500.000 voor hem aan [[Wisła Kraków]].<ref>[http://www.vi.nl/nieuws/Marcelo-Transfer-naar-PSV-voor-mij-een-droom.htm VI - Marcelo: 'Transfer naar PSV voor mij een droom']</ref> Marcelo was de achttiende Braziliaanse voetballer die PSV in haar historie in de hoofdmacht opnam.<ref>[http://www.ad.nl/ad/nl/1433/PSV/article/detail/1944700/2010/07/08/Marcelo-tekent-voor-drie-jaar-bij-PSV.dhtml AD - Marcelo tekent voor drie jaar bij PSV]<!-- Archieflink: http://web.archive.org/web/20100711132343/http://www.ad.nl/ad/nl/1433/PSV/article/detail/496280/2010/07/08/Marcelo-tekent-voor-drie-jaar-bij-PSV.dhtml --></ref> Hij nam rugnummer 2 van [[Jan Kromkamp]] over en werd daarmee de tweede Braziliaan, na [[Vampeta]], die het nummer droeg sinds het seizoen 1997/1998. Overigens was Marcelo de tweede Marcelo, die bij PSV speelde. In het [[PSV in het seizoen 1996/97|seizoen 1996-1997]] ging zijn landgenoot [[Marcelo Silva Ramos]], die tevens de spelersnaam Marcelo gebruikte, hem voor.<ref>{{Citeer web |url=http://www.volkskrant.nl/sport/marcelo-keert-definitief-terug-naar-cruzeiro~a510118/ |titel=Marcelo keert definitief terug naar Cruzeiro |auteur= |uitgever=De Volkskrant |datum=26 april 1997 |bezochtdatum=12 november 2016}}</ref>
Op 8 april won Marcelo zijn eerste prijs in Eindhovense dienst: de KNVB- beker.<ref>[http://archive.is/VtU6]</ref> Niet veel maanden daarna inIn augustus won hij zijn 2detweede prijs, de Johan Cruijff Schaal. In dat duel scoorde hij wel een eigen doelpunt. Het seizoen erna kreeg hij rugnummer 4 en bleekwerd hij steevast opgesteld te worden in de basiself, des. ondanksDesondanks was er regelmatig kritiek op de centrumverdediger.<ref>{{Citeer web |url=http://www.elfvoetbal.nl/nieuws/169647_marcelo-maakt-zich-niet-druk-om-kritiek |titel=Marcelo maakt zich niet druk om kritiek |auteur= |uitgever=Elf Voetbal |datum=3 maart 2012 |bezochtdatum=12 november 2016}}</ref><ref>{{Citeer web |url=http://www.ad.nl/eredivisie/bekritiseerde-psv-er-marcelo-droomt-van-topclub~aab2d336/ |titel=Bekritiseerde PSV'er Marcelo droomt van topclub |auteur= |uitgever=AD |datum=12 april 2013 |bezochtdatum=12 november 2016}}</ref> Op 3 oktober 2012 besloot PSV, in plaats van de tweejarige optie te lichten, een nieuw contract op te stellen, waardoor Marcelo tot 2016 vastlag.<ref>[http://www.psv.nl/psv/nieuws/artikel/Contract-Marcelo-opengebroken-en-verlengd-tot-2016.htm]</ref><ref>{{Citeer web |url=http://www.vi.nl/nieuws/psv-bindt-verdediger-marcelo-tot-de-zomer-van-2016.htm |titel=PSV bindt verdediger Marcelo tot de zomer van 2016 |auteur= |uitgever=Voetbal International |datum=3 oktober 2012 |bezochtdatum=12 november 2016}}</ref>
In de zomer van 2013 versterkte PSV zich met [[Jeffrey Bruma]] en [[Karim Rekik]]. Marcelo,diewerd hierop overbodig werd verklaard,en tekende op 10 augustus een contract bij de [[Duitsland|Duitse]] middenmoter [[Hannover 96]], dat ongeveer 2,5 miljoen euro voor de verdediger betaalde. PSV bedong tevens een doorverkooppercentage.<ref>{{Citeer web |url=http://www.omroepbrabant.nl/?news/1976641183/PSVer+Marcelo+naar+Hannover+96.aspx |titel=PSV'er Marcelo naar Hannover 96 |auteur= |uitgever=Omroep Brabant |datum=10 augustus 2013 |bezochtdatum=12 november 2016}}</ref> Bij Hannover was Marcelo basisspeler. In zijn eerste twee seizoenen bij de club werd hij met zijn ploeggenoten tiende en dertiende in de [[Bundesliga (mannenvoetbal Duitsland)|Bundesliga]] en speelde hij zelf meer dan vijftig competitiewedstrijden. Marcelo verlengde in augustus 2015 zijn contract bij Hannover tot medio 2018.<ref>[https://www.hannover96.de/aktuelles-termine/news/details/16821-marcelo-bleibt-96-treu.html Marcelo verlängert vorzeitig bis 2018] Hannover 96, 11 augustus 2015</ref> Een half jaar later verhuurde de club hem voor zes maanden aan [[Beşiktaş JK]], dat daarbij een optie tot koop bedong. Hij eindigde het seizoen met de club als kampioen in de [[Süper Lig]]. Beşiktaş lichtte in juni 2016 de koopoptie in zijn contract en lijfde hem definitief in.
