Ing tanggal 23 September 2020, Fati resmi diangkat dadi tim pertama. Patang dina mengko, ing pertandingan kaping pisanan Barcelona ing musim La Liga taun 2020–21 lan sing dadi juara kaping pisanan ing kepala pelatih anyar , Fati mencetak gol lan meksa nindakake perkara penalti nalika menang 4-0 nglawan Villarreal. Dheweke entuk skor maneh ing pertandingan ing ngisor iki, menang 3-0 saka tanggal 1 Oktober. Pagelaran kasebut nyebabake dheweke dijenengi dadi La Liga Player of the Month kanggo September 2020. Ing tanggal 20 Oktober, dheweke nyetak gol nalika menang 5-1 nglawan Ferencváros ing Liga Champions, dadi pemain pertama sing ngetung luwih saka siji gol ing kompetisi kasebut sadurunge dadi 18. Ing tanggal 24 Oktober, dheweke nyetak gol nalika kalah 1-3 ing , dadi pencetak gol paling enom ing El Clásico, umur 17 taun lan 359 dina. Ing tanggal 7 November, Fati ngalami cedera lutut nglawan Real Betis lan diculik nalika setengah wektu; tes mengko negesake manawa dheweke nyuwek meniskus ing dhengkul kiwa. Rong dina sabanjure, dheweke menjalani operasi lan klub kasebut ngumumake yen bakal metu udakara patang wulan.