El 3 de mayo, en las semifinales de la competición, marcó el gol decisivo contra el Bayern de Múnich en el partido de vuelta en el Allianz Arena para enviar el Atlético a la final. Antes de comenzar la temporada 2005-06, el Bayern se mudó del estadio Olímpico de Múnich al nuevo Allianz Arena de su propiedad, el cual para entonces compartió con el club 1860 Múnich. ↑ «The Allianz Arena». ↑ Santangelo, Roberto (20 de octubre de 2018). «Calcio, Serie A 2018-2019: Udinese-Napoli 0-3. I partenopei dilagano nel finale e si portano a -4 dalla Juventus». El 14 de junio de 2018 anunció en un documental televisado, titulado La Decisión, que permanecería en el Atlético de Madrid y no ficharía por el F. C. Barcelona. El 25 de febrero de 2018 marcó un hat-trick en la goleada ante el Sevilla (2-5). Tres días después anotó cuatro goles en un contundente triunfo por 4 a 0 ante el CD Leganés. En febrero marcó un gol y asistió a David Zurutuza en una victoria por 3-1 contra el F. C. Barcelona. El 22 de enero, ya a las órdenes de Quique Setién, marcó dos goles en los últimos minutos del partido en el Estadi Municipal de Can Misses, que le sirvieron al Barça para remontar el gol inicial de los baleares y ganar por 1-2 a la U. D. Ibiza, pasando de fase en la Copa del Rey.
El 22 de agosto de 2015 anotó el único gol del Atlético de falta directa en el primer partido de la temporada 15-16 ante el recién ascendido U. D. Las Palmas. El 20 de agosto de 2013 anotó un gol de chilena, en el partido de ida de la fase previa de la Liga de Campeones ante el Olympique de Lyon (0-2) disputado en Gerland. Además, con su gol ante el Depor (0-1) en la última jornada, permitió lograr el objetivo de finalizar en cuarta posición y poder así disputar la siguiente edición de la Liga de Campeones. Dos meses después, el 25 de octubre, marcó su primer gol en Liga en el triunfo ante el Deportivo de la Coruña (3-0). El 17 de abril marcó un doblete en una victoria por 2-1 contra el Real Sporting de Gijón, logrando así la victoria de su equipo y también el primer doblete de su carrera. El Athletic logró mantener un buen rumbo en la Liga y confirmó su permanencia en Primera División una temporada más al derrotar 2-0 al Betis un mes antes de concluir la Liga. El 21 de diciembre anotó su primer hat-trick con la camiseta rojiblanca en la victoria por uno a cuatro ante el Athletic Club, en San Mamés, correspondiente a la decimosexta jornada de Liga.
El Athletic hizo su debut enfrentándose a la Real Sociedad en la primera jornada de Liga, con resultado de empate a un tanto. La siguiente temporada fue floja en liga, pero se alcanzaron unas asfixiantes semifinales en Copa contra el F. C. Barcelona que debieron decidirse con un tercer partido de desempate, en un calendario cargado de partidos, y que terminó decantándose por los culés. Finalmente, permaneció en el club vasco y, en la campaña 2011-12, marcó siete goles en Liga, la misma cifra de la temporada anterior, aunque vivió una importante sequía goleadora durante casi toda la primera vuelta. Finalmente, a pesar de anotar sólo cinco goles en la segunda vuelta liguera, acabó la temporada con 21 goles en su haber doblando sus guarismos de la anterior temporada. En la temporada 2016-17 sus registros goleadores se vieron mermados respecto al año anterior, aunque volvió a ser el máximo goleador de la plantilla. Con sólo 18 años, fue el máximo goleador de la Real durante la pretemporada, lo que le sirvió para ascender al primer equipo.
En abril volvió a recoger el premio ya que anotó en cinco de los seis encuentros, marcando en tres de ellos dos goles, para sumar un total de ocho. En su primera temporada en Primera jugó un total de 37 partidos anotando 7 goles. El 19 de agosto de 2017, en el primer partido de la temporada 2017-18, vio su primera tarjeta roja como profesional durante un empate contra el Girona F. C. y recibió una sanción de dos partidos por insultar al árbitro. El 29 de agosto de 2010 debutó en Primera División, en el Estadio de Anoeta, en un encuentro ante el Villarreal C. F. sustituyendo en el minuto 61 a Paco Sutil. El primer duelo tuvo lugar en el Estadio de Anoeta, donde el equipo txuriurdin se impuso por 2-0 al Athletic, en un ambiente casi hostil y con la afición realista extremadamente motivada. Los técnicos que más años consecutivos han dirigido al equipo fueron: Esteban Platko, Antonio Barrios, José Luis Mendilibar y Sergio González. De hecho, fue seleccionado como finalista al mejor Jugador de la Liga Adelante en los premios que otorgaba la LFP. El 16 de mayo convirtió un doblete en la final de la Liga Europa ante el Olympique de Marsella (0-3) y fue el mejor jugador del partido.
Sin embargo, el juego de los gallegos no es lo suficientemente bueno y, también, la falta de gol tras la marcha de Lucas Pérez, lastra al equipo gallego, que no volvería a ganar hasta la jornada 7, ante el Sporting en Riazor. Debido a la salvación del equipo Víctor Sánchez del Amo se quedó otra temporada, y el club se reforzó con jugadores como Fernando Navarro, Cani, Alejandro Arribas, Pedro Mosquera, Fayçal Fajr, Luis Alberto o Fede Cartabia, y logró el traspaso de Lucas Pérez. El actual es Fernando Vidal, en sustitución de Paco Zas que había accedido al cargo a finales de la temporada 2018-2019 después de ser elegido en la junta de accionistas como relevo de Tino Fernández. Con esto se planeaba que Fernando Vázquez se quedara la siguiente temporada, pero debido a unas polémicas declaraciones en pretemporada la nueva directiva presidida por Constantino Fernández Pico y su director deportivo Fernando Vidal optaron por destituirlo y reemplazado por Víctor Fernández. Esta nefasta racha le costaría el puesto a los dos entrenadores, al director deportivo Carmelo del Pozo y al presidente de la entidad Paco Zas. Además, el club decide no seguir contando con los servicios del director deportivo Richard Barral, como tampoco del entrenador Rubén de la Barrera al no llegar a un acuerdo económico, contratando para dicho puesto a Borja Jiménez.
El Athletic salía a por el primer título europeo de su historia con una generación de jugadores jóvenes y llenos de calidad, orquestados por el argentino Marcelo Bielsa, que se había ganado un sitio en el corazón de la hinchada vasca. La realidad es que no había mucho más. Fue en la Europa League en la que el Athletic escribió una de las páginas doradas de su historia, consiguiendo acceder a las eliminatorias como primero de grupo sin perder ningún partido. En dieciseisavos le tocó jugar contra el Lokomotiv de Moscú, un rival muy duro, sobre todo porque el partido de ida se disputó en Rusia, en unas condiciones climatológicas muy perjudiciales para los de Bielsa. Se deshizo del Oviedo en dieciseisavos y del Albacete en octavos. En octavos le esperaría el Olympique de Marsella. El Athletic se veía en una final europea tres décadas después. La pretemporada comenzaba con los fichajes de Aritz Aduriz, que volvía al Athletic procedente del Valencia, e Isma López, procedente del Lugo. Sin embargo, la noticia negativa en el mercado de fichajes sería la marcha de Kepa Arrizabalaga al Chelsea, siendo el traspaso más caro en la historia por un portero y el más alto en el que se ha visto envuelto el Athletic.