En janvier 1985, François Lamoureux entre au cabinet du président de la Commission, Jacques Delors. Ses compétences juridiques l'amène à être chargé des questions de concurrence comprenant notamment les aides d'Etat et le traitement des infractions ainsi que le dossier Sidérurgie - Automobile. Toutefois sa responsabilité majeure regarde les questions institutionnelles avec sa contribution fondamentale à la rédaction puis à la mise en oeuvre du Livre blanc sur le Marché intérieur, adopté par le conseil européen de Milan en juin 1985. Il s'agit, par l'intermédiaire de la liberté de circulation des individus, des biens, des services et des capitaux, de renforcer l’économie en restaurant notamment la compétitivité industrielle, chemin obligé vers la croissance et la création d’emplois. A ce titre, François Lamoureux suit également la conférence intergouvernementale préalable à l'Acte unique qui doit effectivement transformer le Marché commun en un Marché unique sans frontières intérieures.
Passé chef adjoint du cabinet présidentiel (1989-1991), François Lamoureux continue de s'occuper des questions industrielles. Il a également pour mandat de veiller à la coordination des travaux pour le Grand marché ou 'Objectif 1992' selon le calendrier qu'en a fixé le Livre blanc. Il assure en outre le lien avec les deux conférences intergouvernementales sur l'Union politique et sur l'Union économique et monétaire (UEM) qui amèneront à la signature du traité de Maastricht sur l'Union européenne, auquel l'Acte unique a ouvert la voie. Il est donc clair que, jusqu'à son départ du cabinet, en septembre 1991, François Lamoureux participe au premier plan à la relance de la construction européenne marquée par la présidence Delors.