Pada 27 September, Valverde mencetak gol pertama Real Madrid musim 2020–21 saat bertandang ke Betis di La Liga dengan kemenangan 3-2 dan terpilih sebagai 'Pemain Terbaik Perlawanan'. Ini juga merupakan pertandingan La Liga ke-50 untuk Los Blancos. Satu bulan kemudian pada 24 Oktober, Valverde mencetak gol melawan FC Barcelona di Camp Nou hanya dalam waktu lima menit dalam kemenangan liga 3-1. Valverde menjadi pemain Uruguay kedua yang mencetak gol di El Clásico (setelah Luis Suárez) dan yang pertama untuk Real Madrid. Satu minggu kemudian Valderde mencetak gol lagi, melawan Huesca dalam kemenangan liga 4-1 di Stadion Alfredo Di Stéfano. Ini adalah gol ketiganya musim ini, yang berarti dia telah mencetak lebih banyak gol musim ini daripada keseluruhan musim sebelumnya.