Valverde 2016-ban csatlakozott a Real Madridhoz, a Castillában rögvest alapember lett, majd a 2017–2018-as idényre a Deportivo La Corunához került kölcsönbe, amelynél – mindössze 19 esztendősen – 24 bajnokin kapott lehetőséget.
A 2018–2019-es évad elején Julen Lopetegui szavazott neki bizalmat a Real első csapatánál, amelyben azóta már 37 tétmérkőzésen kapott lehetőséget.
A Real anno 5 millió eurót fizetett ki Valverde játékjogáért a Penarolnak, azóta – a Transfermarkt becslése szerint – már 20 millió felett jár a piaci értéke.