Al comienzo de la siguiente temporada, el 23 de octubre de 2009, fue contratado por el Atlético de Madrid tras la destitución de Abel Resino. Con Quique Sánchez Flores, el equipo se clasificó, diez años después, para la final de la Copa del Rey, así como para la final de la UEFA Europa League, veinticuatro años después de disputar su última final europea. En la Liga, el equipo salió de las últimas posiciones y terminó como 9º clasificado. El 12 de mayo de 2010, el Atlético venció por 2-1 al Fulham FC inglés en la final de la UEFA Europa League en Hamburgo, logrando, dirigido por Quique Sánchez Flores, un nuevo título europeo después de cuarenta y ocho años. Unos días después, perdió la final de la Copa del Rey contra el Sevilla; pero el 27 de agosto de ese mismo año, logró ganar la Supercopa de Europa con el Atlético, tras derrotar por dos goles a cero al Inter de Milán. Al finalizar la temporada &lt;a href="Primera%20Divisi%C3%B3n%20de%20Espa%C3%B1a%202010-11"&gt;2010/11&lt;/a&gt; con el conjunto rojiblanco en 7º puesto, y tras expirar su contrato, Quique Sánchez Flores abandonó el banquillo del Atlético de Madrid.