28 января 2019 года «Атлетико Мадрид» объявил о переходе Мораты, незадолго до этого игрок успел пройти медосмотр. Согласно контракту, «матрасники» арендовали его на 18 месяцев. Сумма аренды составила € 7,5 млн, после чего «Атлетико» может воспользоваться правом выкупа Мораты за € 45 млн. В феврале 2019 года дебютировал за «Атлетико» в выездном матче против «Бетиса», выйдя в стартовом составе, а также сыграл в двух домашних матчах против своих бывших команд («Реала» и «Ювентуса», соответственно), отметившись в каждом из них забитыми мячами, отменёнными главными арбитрами встреч после просмотра видеоповторов. 1 июля 2020 года перешел в клуб на постоянной основе. 22 сентября 2020 года Мората прибыл в Турин, где прошёл медосмотр и подписал контракт с клубом. «Ювентус» арендовал игрока на один сезон за 9 млн евро с правом выкупа контракта за 45 млн или продления аренды ещё на один сезон . В сезоне 2020/21 сыграл в чемпионате 32 матча и забил 11 мячей. В Лиге чемпионов в 8 матчах забил 6 мячей.