Il 24 maggio 2018, Rodri è tornato all'Atlético dopo che il club ha raggiunto un accordo con il Villarreal per il suo trasferimento. Ha firmato un contratto quinquennale con la squadra di Madrid, per una retribuzione di circa 20 milioni di euro più 5 milioni in variabili. Ha debuttato il 15 agosto nella Supercoppa UEFA 2018
a Tallinn, giocando i primi 71 minuti di una vittoria di 4 a 2 nel tempo supplementare contro i rivali della città, il Real Madrid.