Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Det var i sæsonen 2003/04 at Carvalho gjorde sit navn som en verdensklasse fodboldspiller. Hans solide præstationer hjalp klubben med at vinde den portugisiske liga titel for andet år i træk, og den mest prestigefyldte klub trofæ i europæisk fodbold, UEFA Champions League. I denne turnering spillede Carvalho i alle Porto's kampe, herunder 3-0 sejren over Monaco i finalen. Efterfølgende fortjente hans store præstationer UEFA Club Best Defender of the Year-prisen, blev stemt ind i UEFA Team of the Year og blev udnævnt til en af de 50 spillere på den korte liste til 2004 Ballon d'Or), og sluttede niende i afstemningen, og var den eneste forsvarer i top ti. Han blev udvalgt til den portugisiske UEFA Euro 2004
Han blev også nomineret til UEFA Euro Team of the Tournament. I slutningen af sæsonen er Carvalho blevet sporet af en række top europæiske klubber, herunder Internazionale, Barcelona, Real Madrid og Manchester United. Real Madrid tilbød 8,2 millioner euro for Carvalho, men Porto advarede spanierne om, at de ikke ville acceptere noget mindre end 23,5 millioner euro for forsvarsspilleren, efter at det spanske hold havde lavet et meget lavere tilbud. Nogle dage senere tilbød den engelske klub Chelsea 30 millioner euro for midtbacken, hvilket det portugisiske hold accepterede.