Il 31 gennaio 2020, il Barcellona ha annunciato di aver raggiunto un accordo con il Palmeiras per il trasferimento di Fernandes, che si sarebbe unito al club catalano prima della stagione 2020/21.
alla fine di settembre, dopo aver completato il suo prestito con il Real Valladolid. Il Barça ha pagato una quota di 7 milioni di euro più 3 milioni di euro per gli add-on, e il giocatore ha accettato un contratto di cinque anni con il club. Il 24 novembre, ha fatto la sua prima e unica apparizione per la prima squadra del Barcellona e anche nella UEFA Champions League quando ha sostituito Pedri per gli ultimi 17 minuti durante una vittoria da 4 a 0 contro la Dynamo Kiev in una partita di fase di gironi della Champions League.