In 1985 werd hij directeur bij Real Madrid onder voorzitter Ramón Mendoza. Toen Mendoza in 1995 moest aftreden als voorzitter na verschillende problemen, werd Sanz zijn opvolger zonder dat er verkiezingen werden uitgeschreven. Sanz erfde van zijn voorganger een club die er financieel niet al te rooskleurig voorstond. Met zijn eigen geld haalde hij spelers als Roberto Carlos, Clarence Seedorf, Davor Šuker en Predrag Mijatović naar het Estadio Santiago Bernabéu. Die aanpak loonde want in 1998 won Real Madrid voor het eerst sinds 1966 weer eens de Champions League. Naast de &lt;a href="UEFA%20Champions%20League%201997/98"&gt;Champions League 1997/98&lt;/a&gt; won Real Madrid onder Sanz' bewind ook de &lt;a href="UEFA%20Champions%20League%201999/00"&gt;Champions League 1999/00&lt;/a&gt;, de Spaanse landstitel in 1997, de Supercopa de España 1997 en de Wereldbeker voetbal 1998. In zijn jacht naar succes moesten trainers het vaak ontgelden. Alleen Fabio Capello maakte een seizoen af als trainer; Jupp Heynckes, John Toshack en Guus Hiddink moesten allemaal binnen een jaar vertrekken. Oud-speler José Antonio Camacho vertrok in 1999 zelfs al na twintig dagen als coach, na grote onenigheid met Sanz. Als voorzitter had Sanz de gewoonte veelvuldig in de kleedkamer te verschijnen en inspraak te eisen in de opstelling. Ook betrok hij zijn familie bij de club: Lorenzo Sanz jr. werd aangesteld als general manager van de basketball-afdeling, terwijl zoon Fernando als verdediger toetrad tot het eerste elftal. Dit laatste leidde tot verbazing bij pers, publiek en technische staf, die eensluidend van mening waren dat de speler hopeloos tekortkwam.