Aikuisten tasolla Fàbregas teki Barcelona-debyyttinsä Espanjan Supercupissa, kun hän tuli vaihdosta kentälle Real Madridia vastaan. Barcelona voitti ottelun 3–2 ja Supercupin yhteismaalein 5–4. Fàbregas teki ensimmäisen maalinsa Barcelonassa 2–0 voitossa Portoa vastaan, kun Barcelona voitti vuoden 2011 UEFA Super Cupin ja ensimmäisen maalinsa La Ligassa liigadebyytissä Villarrealia vastaan. Fàbregas oli lähes koko lokakuun loukkaantuneena maajoukkuetauolla tulleen vamman takia. Hän palasi ja teki maalin 4–0 voitossa Viktoria Plzeňiä vastaan Mestarien liigassa. Hän teki maalin myös seurajoukkueiden maailmanmestaruuskilpailun finaalissa brasilialaista Santosta vastaan. Fàbregas voitti ensimmäisellä kaudellaan Barcelonassa Copa del Reyn, Espanjan Supercupin, UEFA Super Cupin ja seurajoukkueiden maailmanmestaruuden. Hän pelasi kauden aikana 48 ottelua, joissa teki 15 maalia ja antoi 20 maalisyöttöä.