Il 21 giugno 2016, il Real Madrid ha esercitato la sua clausola di riacquisto per ri-firmare Morata dalla Juventus per 30 milioni di euro. La sua prima apparizione competitiva è stata il 9 agosto, quando ha iniziato in una vittoria di 3 a 2 contro i compagni spagnoli del Siviglia nella Supercoppa UEFA 2016.
, sostituito da Benzema dopo 62 minuti. Il suo primo gol è arrivato in una vittoria di 2-1 contro il Celta il 27 agosto.