Scrivi una continuazione per questo paragrafo - Il 9 agosto 2016, Carvajal ha iniziato lo scontro della Supercoppa UEFA contro il Siviglia a Trondheim, e ha segnato il 3<unk>2 finale
al 119esimo minuto dopo un tentativo individuale. Durante la stagione di campionato, nonostante diversi disturbi fisici, ha comunque contribuito con 23 partite per aiutare la squadra ad essere incoronata campione. Il 3 dicembre 2016, dopo che Sergio Ramos aveva pareggiato all'ultimo minuto contro l'FC Barcelona al Nou Camp, ha celebrato il gol dando ai tifosi avversari il dito medio, ma in seguito si è scusato; dopo quasi un mese in panchina, è tornato in azione giusto in tempo per iniziare la finale della Champions League il 3 giugno, che ha vinto per la terza volta in quattro anni.