Ostatecznie Lyon zakończył sezon na drugim miejscu z sześcioma punktami straty do pierwszej Marsylii, z którą w trakcie rozgrywek zremisował 5:5. Lepiej poszło klubowi w Lidze Mistrzów, gdzie zanotował on swój najlepszy występ w historii. Sam Källström zdobył bramkę w wygranym 4:0 meczu z węgierskim Debreceni VSC oraz rozegrał w sumie jedenaście spotkań, pomagając dojść Lyonowi do półfinału, gdzie klub odpadł po dwumeczu z Bayernem Monachium.
W sezonie 2010/11, poza grą w linii pomocy, okazjonalnie Källström ustawiany był także na pozycji lewego obrońcy. W trakcie cały rozgrywek strzelił trzy gole, m.in. w zremisowanym 1:1 spotkaniu z późniejszym mistrzem kraju Lille OSC.
Sezon 2011/12 był dla Källströma ostatnim w barwach Lyonu. W jego trakcie rozegrał 32 spotkania ligowego, nie zdobywając przy tym żadnej bramki. W Pucharze Francji strzelił gola oraz zanotował asystę w wygranym 3:1 ćwierćfinałowym meczu z Paris Saint-Germain. W półfinale Lyon zwyciężył 4:0 z Gazélec Ajaccio, dzięki czemu awansował do finału rozgrywek, w którym Källström rozegrał pełne 90 minut, zaś jego klub wygrał 1:0 z Quevilly. Lyon dotarł także do finału pucharu ligi, po drodze pokonując Lille m.in. dzięki bramce Källstroma. Mimo to, Lyon nie zdobył dubletu i w finale przegrał 0:1 po dogrywce z Marsylią.