İspanyol basını, Vitolo'nun, Sevilla'da kalmaya karar verdiğini yazdıktan sadece 24 saat sonra, Madrid ekibi transferi açıkladı. Başarılı oyuncunun yaklaşık 40 milyon Euro’luk sözleşme fesih bedelini ödeyen Atletico, transfer yasağı nedeniyle Vitolo'yu devre arasına kadar Las Palmas'a kiraladı. Vitolo, 1 ocak 2018'den itibaren Atletico forması giymeye başlayacak. Atletico ile 2022 yılına kadar sözleşme imzalayan Vitolo, Sevilla ile 3 kez UEFA Avrupa Ligi şampiyonluğu yaşamıştı.