Den 21. juni 2016 udøvede Real Madrid sin tilbagekøbsklausul for at genforhandle Morata fra Juventus for 30 mio. EUR. Hans første konkurrencedygtige optræden var den 9. august, da han startede i en 3-2 sejr over de andre spaniere Sevilla i 2016 UEFA Super Cup.
, blev erstattet af Benzema efter 62 minutter. Hans første mål kom i en 2 til 1 hjemme sejr over Celta den 27. august.