Mateos genoot zijn jeugdopleiding bij Real Madrid. Hij stroomde door naar het eerste elftal. Hoewel hij vooral reservespeler was, won hij toch 13 prijzen met Real Madrid, waaronder vijf keer de Europacup I (in 1957 en 1959 speelde hij de finale). Zijn beste seizoen was het seizoen 1956-1957, waarin hij veertien keer scoorde in de Primera División.