Pada 24 Mei 2018, Rodri kembali ke Atlético setelah klub mencapai kesepakatan dengan Villarreal untuk transfernya. Dia menandatangani kontrak lima tahun dengan tim Madrid, dengan biaya sekitar € 20 juta ditambah 5 juta variabel. Dia membuat debutnya pada 15 Agustus di Piala Super UEFA 2018
di Tallinn, bermain 71 menit pertama dari kemenangan 4-2 di perpanjangan waktu atas rival kota Real Madrid.