El 24 de maig de 2018, Rodri va tornar a l'Atlètic després que el club arribés a un acord amb el Villarreal per al seu traspàs. Va signar un contracte de cinc anys amb el costat de Madrid, per una taxa de la regió de 20 milions d'euros més 5 milions en variables. Va debutar el 15 d'agost a la Supercopa de la UEFA 2018.
a Tallinn, jugant els primers 71 minuts d'una victòria de 4 a 2 en el temps addicional sobre els rivals de la ciutat, el Real Madrid.