Op 31 januari 2020 kondigde Barcelona aan dat ze een overeenkomst hadden bereikt met Palmeiras voor de overdracht van Fernandes, die zich voor het seizoen 2020/21 bij de Catalaanse club zou voegen.
Eind september, na het voltooien van zijn lening bij Real Valladolid. "Barça" betaalde een vergoeding van € 7 miljoen plus € 3 miljoen op add-ons, en de speler stemde in met een vijfjarig contract met de club. Op 24 november maakte hij zijn eerste en enige optreden voor het eerste team van Barcelona en ook in de UEFA Champions League toen hij Pedri vervangde voor de laatste 17 minuten tijdens een 4 tegen 0 overwinning tegen Dynamo Kyiv in een Champions League groepsfasewedstrijd.