In de zomer van 2010 maakte Godín de overstap naar Atlético Madrid, de Europa League-winnaar van het seizoen daarvoor. Hij kwam voor het eerst in actie voor zijn nieuwe club op 27 oktober 2010 bij een 2-0 winst op Internazionale, waarmee de UEFA Super Cup werd gewonnen. Zijn competitiedebuut maakte Godín drie dagen later, toen 'de nul' werd gehouden tegen Sporting Gijón (4-0). Op 21 oktober 2010 scoorde hij zijn eerste doelpunt voor 'Atleti', tegen Rosenborg in de Europa League. Op 30 januari 2012, in het competitieduel met Osasuna, droeg Godín voor het eerst de aanvoerdersband van Atlético Madrid. Hij scoorde het enige doelpunt van deze wedstrijd. Met Godín bereikte Atlético Madrid de finale van de Europa League in 2012. De Uruguayaanse verdediger speelde de volledige wedstrijd en Atlético versloeg Athletic Bilbao met 3-0. Als gevolg van het winnen van de Europa League nam Atlético Madrid het in de UEFA Super Cup op tegen Chelsea. Godín speelde de volledige wedstrijd en Atlético Madrid won met 1-4. Dit was de derde Europese prijs die Godín won. Later dat seizoen won hij voor het eerst een nationale prijs met Atlético Madrid. In de finale van de Copa del Rey won Atleti na verlenging tegen stadsgenoot Real Madrid. Godín startte in de basis en speelde de wedstrijd uit.