إكتب استمرار لهذه الفقرة - انتقل بيلوزوغلو إلى أتلتيكو مدريد ، بطل دوري أوروبا الحالي في 29 مايو 2012. وقع عقد لمدة سنتين واستقبله ترحيبا حارا من قبل زميله وشريكه في خط الوسط اردا توران. في 7 يوليو تدرب بيلوزوغلو مع زملائه الجدد قبل أن يكشف عنه أتلتيكو في حفل توقيع عقد في ملعب فيسنتيه كالديرون. ظهر لأول مرة في أتلتيكو في 1 سبتمبر 2012 في كأس السوبر الأوروبي
ضد تشيلسي، دخل للدقائق الثلاث الأخيرة بدل راداميل فالكاو الذي ساهم في هيتريك لانتصار أتلتيكو 4 × 1.