Scrie o continuare pentru acest paragraf - A fost în sezonul 2003/04 când Carvalho și-a făcut un nume ca fotbalist de clasă mondială. Prin performanțele sale solide, clubul a câștigat titlul de campionat portughez pentru al doilea an consecutiv și cel mai prestigios trofeu de club din fotbalul european, Liga Campionilor UEFA. În acest turneu, Carvalho a jucat în toate meciurile Porto, inclusiv în victoria cu 3 la 0 împotriva Monaco în finală. Ulterior, marile sale performanțe i-au adus premiul UEFA Club Best Defender of the Year, a fost votat în echipa UEFA a anului și a fost numit unul dintre cei 50 de jucători prezenți pe lista scurtă pentru Balonul de Aur 2004, terminând pe locul nouă în vot, fiind singurul apărător din primele zece. A fost selecționat pentru echipa portugheză la UEFA Euro 2004
A fost nominalizat și în echipa turneului UEFA Euro. La sfârșitul sezonului, Carvalho a fost urmărit de o mulțime de cluburi europene de top, inclusiv Internazionale, Barcelona, Real Madrid și Manchester United. Real Madrid a oferit 8,2 milioane de euro pentru Carvalho, dar Porto i-a avertizat pe spanioli că nu vor accepta nimic mai puțin de 23,5 milioane de euro pentru apărător, după ce echipa spaniolă a făcut o ofertă mult mai mică. Câteva zile mai târziu, clubul englez Chelsea a oferit 30 de milioane de euro pentru centrul de apărare, pe care echipa portugheză a acceptat-o.