En 1973 se marchó a jugar a la liga española de fútbol con el Atlético de Madrid. Debutó en la Primera División de España el 15 de septiembre de 1973 en el partido Las Palmas 1 - 0 Atlético. Con el Atlético ganó una Liga española y una Copa del Rey. En la temporada siguiente consiguió la Copa Intercontinental con su equipo. Díaz jugó cuatro temporadas con el Atlético, disputando un total de 87 partidos en la Primera división española.