Il 14 agosto 2011 segna la sua prima rete della nuova stagione al Bernabéu nella finale d'andata della Supercoppa di Spagna, finita 2-2. Vincendo 3-2 la partita di ritorno, la Supercoppa va al Barcellona. Il 26 agosto vince la Supercoppa UEFA contro il Porto (2-0). Il 17 settembre realizza una doppietta in campionato nell'8-0 casalingo contro l'Osasuna; con questi due gol subiti la squadra di Pamplona diventa il bersaglio preferito di Villa nel campionato spagnolo, avendo incassato da lui 13 gol. Il 15 dicembre, durante il primo tempo della semifinale del Mondiale per Club contro l'Al-Sadd, riporta la frattura della tibia della gamba sinistra che lo costringerà a saltare la restante parte della stagione e gli impedirà di prendere parte ai Campionato europeo di calcio 2012 in Polonia e Ucraina.