Valverde a ajuns la Real Madrid în iulie 2016, la doar 18 ani. În cei şase ani în care a jucat la prima echipă, a devenit rapid unul dintre cei mai buni mijlocaşi centrali din fotbalul mondial. A jucat 220 de meciuri, a marcat 19 goluri şi a câştigat 9 titluri: 1 Liga Campionilor, 2 Cupe Mondiale ale Cluburilor, 1 Supercupă Europeană, 2 titluri în LaLiga, 1 Copa del Rey şi 2 Supercupe ale Spaniei.
De asemenea, Valverde a fost desemnat MVP la Supercupa Spaniei 2020 şi a luat Balonul de Argint la Cupa Mondială a Cluburilor 2023.