Mariano dipromosikeun ka skuad utama ku manajer Zinedine Zidane dina 20 Agustus 2016, sanggeus cedera deui striker Karim Benzema. Saminggu saterusna, Mariano nyieun debut seniorna dina kameunangan 2-1 ngalawan Celta de Vigo, ngagantikeun Álvaro Morata dina menit ka-77. Tanggal 26 Oktober, deui ti bangku cadangan, anjeunna nyetak gol kahijina pikeun "Merengues" pikeun nyimpulkeun kameunangan 7-1 di Cultural y Deportiva Leonesa di Copa del Rey. Di leg kadua, anjeunna nambihan hat-trick pikeun kameunangan agregat 13<unk>2, kalebet tujuan 23 detik anu mangrupikeun tujuan panggancangna timna dina kompetisi. Mariano nyetak gawang munggaranna dina tanggal 10 Désémber, nyaruakeun dina kameunangan 3-2 di kandang Deportivo de La Coruña. Saterusna dina bulan éta, manéhna jadi bagian ti skuad nu meunang Piala Dunia FIFA 2016.
di Jepang, tapi teu muncul dina salah sahiji patandingan Real Madrid. Mariano nyieun dalapan penampilan nalika Madrid meunang La Liga 2016. Manéhna mangrupa cadangan nalika Madrid meunang Liga Champions UEFA 2016-17.