В 1953 году, после удачного выступления на чемпионате Южной Америки, где нападающий стал лучшим бомбардиром, а также забил 3 гола в матче с чемпионами мира, уругвайцами, на Молину обратили внимание европейские команды. Франсиско предпочёл клуб «Атлетико Мадрид», подписав трёхлетний контракт. 13 сентября нападающий дебютировал в составе команды в матче с «Эспаньолом». По завершении двух лет, Молина обратился к руководству команды, что готов продлить соглашение ещё на три года, с условием, что его отец может вернуться в Испанию и не предстанет перед местным правосудием. Так как его условия не были удовлетворены, Франсиско покинул страну. Он вернулся в Чили, в клуб «Аудакс Итальяно», с которым в первый же год стал чемпионом страны. Затем Франсиско играл за «Унион Эспаньола» и «Универсидад Католика», где выиграл свой второй чемпионский титул. Завершил карьеру Молина в клубе «Кокимбо Унидо», где уже выполнял роль играющего тренера.