Aposentado dos gramados em 2017, Lúcio Flávio se tornou auxiliar técnico do Paraná Clube em 2018, onde permaneceu até o ano de 2020, quando foi contratado pelo Botafogo para ser auxiliar permanente da equipe, comandada na época por Bruno Lazaroni.
A primeira vez que Lúcio Flávio assumiu o comando do Glorioso de forma interina foi no início de 2021, ainda com a temporada de 2020 em andamento, quando a equipe já havia sido matematicamente rebaixada para a Série B de 2021. Ao todo, Lúcio comandou a equipe em quatro jogos naquela ocasião, com três derrotas e uma vitória.
Já no início de 2022, Lúcio Flávio novamente assumiu o comando interino do Glorioso, após a demissão do técnico Enderson Moreira. Na oportunidade, foram quatro vitórias (sendo duas em clássicos contra Vasco e Fluminense), um empate e três derrotas.
Após a transformação do clube em SAF, Lúcio Flávio ganhou o cargo de treinador da equipe B idealizada pelo americano John Textor.
Com a saída de Luis Castro em junho de 2023, Lúcio Flávio novamente foi acionado para a equipe principal, mas desta vez para ser novamente auxiliar. O ex-jogador do Glorioso foi elogiado pelo treinador interino Cláudio Caçapa, que comandou a equipe em quatro jogos, conquistando quatro vitórias.