Voltooi de volgende zin: Op 23 september 2020 werd Fati officieel gepromoveerd naar het eerste team. Vier dagen later, in Barcelona's eerste wedstrijd van de
In het La Liga-seizoen 2020/21 en het eerste onder de nieuwe hoofdcoach Ronald Koeman, scoorde Fati een brace en dwong een penalty in een 4-0 overwinning op Villarreal. Hij scoorde opnieuw in de volgende wedstrijd, een 3-0 buitenspel over Celta Vigo op 1 oktober. Zijn prestaties zorgden ervoor dat hij werd uitgeroepen tot de La Liga Speler van de Maand voor september 2020. Op 20 oktober scoorde hij een doelpunt in een 5-1 overwinning op Ferencváros in de Champions League, om de eerste speler te worden die meer dan één doelpunt scoorde in de competitie voordat hij 18 werd. Op 24 oktober scoorde hij een doelpunt in een 1 tegen 3 nederlaag tegen Real Madrid, om de jongste goalscorer in El Clásico te worden, 17 jaar en 359 dagen oud. Op 7 november leed Fati een knieblessure tegen Real Betis en werd hij in de rust uitgeschakeld; tests bevestigden later dat hij zijn meniscus op zijn linkerknie had gescheurd. Twee dagen later onderging hij een operatie en de club kondigde aan dat hij ongeveer vier maanden zou zijn.