Costa retornou ao "Colchoneros", para a temporada 2010–11, inicialmente como um substituto para Sergio Agüero e Diego Forlán (o Atlético também pagou uma quantia não revelada ao Braga para comprar todos os 30% dos direitos econômicos do jogador). Na campanha da conquista da Supercopa da UEFA de 2010, Diego não foi utilizado.