El 11 de agosto anotó uno de los goles en la final de la Supercopa de Europa ante el Sevilla, que acabó con victoria blaugrana en la prórroga (5-4). El 31 de octubre de 2015, anotó ante el Getafe el gol 300 de su carrera profesional.El 21 de noviembre logró un doblete en la victoria por 0 a 4 ante el Real Madrid. El 17 de diciembre de 2015, jugó su primer partido del mundial de clubes contra Guangzhou Evergrande Football Club, campeón de Asia, y marcó un "hat-trick", llevando al Barcelona a jugar la final contra River Plate, partido en el que marcó dos goles más, lo cual llevó al club catalán a ser campeón del Mundial de Clubes.El 3 de febrero marcó cuatro tantos en la goleada por 7 a 0 ante el Valencia en la ida de semifinales de Copa del Rey.En las últimas cinco jornadas de Liga, el delantero uruguayo anotó catorce tantos (cuatro tantos ante Deportivo y Sporting de Gijón, un gol ante el Betis, dos goles ante el Espanyol y tres tantos ante el Granada). Este registro permitió al delantero ganar la Bota de Oro con 40 tantos en Liga, además de ayudar al equipo a revalidar el título liguero.