Diferentemente de Endrick, Luis Guilherme deixará o Palmeiras imediatamente após a conclusão da compra, uma vez que já possui 18 anos. Ele estava com a Seleção Brasileira sub-20, mas foi liberado para viajar a Londres. Projetado para integrar o time principal do Palmeiras em 2023, o jovem jogador conquistou espaço com Abel Ferreira e foi importante na conquista do último Brasileirão. Nesta temporada, seu desempenho evoluiu, com destaque para sua atuação contra o Independiente Del Valle-EQU, onde marcou um belo gol de fora da área, garantindo a vitória para o Palmeiras. Desde sua promoção, participou de 45 jogos, marcou um gol e deu uma assistência, contribuindo para a conquista do Brasileirão 2023 e do Paulistão 2024.