Khi Atletico Madrid bị Arsenal loại ở bán kết Champions League, Alvarez gia nhập Atletico Madrid và vẫn chưa giành được chức vô địch nào sau 2 năm.
năm Mùa hè năm 2024, Alvarez gia nhập Atletico Madrid từ Manchester City. Anh chưa giành được chức vô địch nào ở 8 giải đấu trong 2 mùa giải tính đến thời điểm hiện tại. Cơ hội tốt nhất là trận chung kết Copa del Rey năm nay với Real Sociedad, nhưng Atletico Madrid đã để thua đối thủ trên chấm phạt đền và bỏ lỡ chức vô địch.
Trong giai đoạn này, “Nhện nhỏ” chơi 106 trận, đóng góp 49 bàn thắng và 17 đường kiến tạo.
Mùa 24/25: Đứng thứ 3 La Liga (×), vòng 16 đội Champions League (×), thất bại ở bán kết Copa del Rey (×), bị loại khỏi nhóm Club World Cup (×), không tham dự Siêu cúp Tây Ban Nha
Mùa 25/26: Á quân Copa del Rey (×), tạm đứng thứ 4 La Liga (×), top 4 Champions League (×), dừng chân ở bán kết Siêu cúp Tây Ban Nha (×)
