2012 m. gegužės 29 d. Belözoğlu persikėlė į "Atlético Madrid", Europos lygos čempioną. Jis pasirašė dvejų metų kontraktą ir buvo šiltai priimtas jo kraštiečio ir viduriniojo lauko partnerio Arda Turan. Liepos 7 d. Belözoğlu treniravosi su naujais komandos draugais, o vėliau buvo pristatytas "Atlético" Vicente Calderon stadione. 2012 m. rugsėjo 1 d. jis debiutavo "Atlético" UEFA Super taurėje.
prieš "Chelsea", įžengęs į aikštelę paskutinėmis trimis minutėmis už Radamelo Falcao, kurio hatrikas prisidėjo prie "Atletico" pergalės 4: 1.