Escriu una continuació per a aquest paràgraf - Belözoğlu es va traslladar a l'Atlético de Madrid, el campió de l'Europa League el 29 de maig de 2012. Va signar un contracte de dos anys i va ser calorosament rebut pel compatriota i soci de migcamp Arda Turan. El 7 de juliol Belözoğlu va entrenar amb els seus nous companys d'equip abans de ser presentat per l'Atlètic en una cerimònia de signatura celebrada a l'estadi Vicente Calderon. Va debutar a l'Atlético l'1 de setembre de 2012 a la Supercopa de la UEFA.
contra el Chelsea, entrant en els últims tres minuts en lloc de Radamel Falcao, el triplet del qual va contribuir a la victòria de l'Atlètic 4 a 1.