Andika mwendelezo wa aya hii - Belözoğlu alihamia Atlético Madrid, mabingwa wa sasa wa Ligi ya Europa mnamo 29 Mei 2012. Alisaini mkataba wa miaka miwili na alikaribishwa kwa uchangamfu na mwenzake na mwenzake wa katikati Arda Turan. Mnamo Julai 7 Belözoğlu alijifunza na wachezaji wenzake wapya kabla ya kufunuliwa na Atlético katika sherehe ya kusaini iliyofanyika katika uwanja wa Vicente Calderon. Alifanya mechi yake ya kwanza Atlético tarehe 1 Septemba 2012 katika Kombe la Super la UEFA
dhidi ya Chelsea, akiingia kwa dakika tatu za mwisho badala ya Radamel Falcao ambaye hat-trick yake ilisaidia ushindi wa Atletico 4 kwa 1.