Den dramatiske episoden med Lukaku skjedde etter ni minutter. Den høyreiste belgieren smalt sammen med Wesley Hoedt i en hodeduell og ble liggende helt stille på gresset.
Lukaku viste ingen tegn på bevegelse mens han ble behandlet i fem minutter.
Spissen forble ved bevissthet og ble til slutt båret av banen på båre mens han mottak applaus fra Manchester United-fansen på stillingen 0-0.
– Jeg vet ikke hvordan det går med ham, sier manager José Mourinho.
– Vi har ingen nyheter for øyeblikket. Vi vil høre fra legene i morgen, sier Paul Pogba.
Lukaku, som sluttet seg til Manchester United fra Everton for 75 millioner pund i oppkjøringen, startet sesongen med elleve mål på ti kamper, men har kun levert fire scoringer på de siste 19 kampene.
Store sjanser
Etter at Lukaku forlot banen mot Southampton lørdag hadde erstatter Marcus Rashford, Juan Mata og Jesse Lingard alle store sjanser til å sende hjemmelaget i ledelsen på Old Trafford.
Lingard ropte også på straffe etter 33 minutter etter å ha vippet ballen opp i hånden på Maya Yoshida, men dommeren unnlot å blåse.
– Jeg tror det er en skuffende kveld for Craig (Pawson, dommer), fordi han er en fantastisk dommer. En av de beste i Europa. Vi bommet på lette sjanser, men jeg er virkelig misfornøyd med straffesituasjonen, ikke med Craigs prestasjon ellers, sier Mourinho.
Southamptons største sjanse i første omgang sto James Ward-Prowse for, men David de Gea dro fram en klasseredning.
Spanjolen stoppet også Shane Long i starten av andre omgang med en beinparade.
Gavepakke til City
Etter 81 minutter fikk Manchester United endelig nettsus, men gleden ble kortvarig. Paul Pogba satte ballen i mål etter mye om og men i feltet, men Pogba ble vinket av for offside.
Lingard fikk en stor sjanse på tampen, men det ville seg ikke.
Manchester United spilte uavgjort for tredje seriekamp på rad. Byrival Manchester City kan øke forspranget til Mourinhos menn til 17 poeng med seier mot nedrykkstruede Crystal Palace nyttårsaften. Chelsea innehar andreplassen på tabellen med 45 poeng etter lørdagens kamper, ett poeng mer enn Manchester United.
Southampton klatrer til 13.-plass på tabellen. To poeng skiller ned til West Ham under nedrykksstreken.