Son histoire se confond ensuite pendant onze ans avec celle du Real Madrid. Avec le club madrilène, Alfredo Di Stéfano soulève la Coupe d'Europe des clubs champions à cinq reprises en 1956, 1957, 1958, 1959 et 1960, et est finaliste de la compétition en 1962 et 1964. Il remporte également la première Coupe intercontinentale en 1960, deux Coupes Latine en 1955 et 1957 et une petite coupe du monde des clubs en 1956. En championnat d'Espagne, il décroche huit titres en 1954, 1955, 1957, 1958, 1961, 1962, 1963 et 1964 et termine vice-champion en 1959 et 1960. Il est également vainqueur de la Coupe du Généralissime en 1962 et finaliste de cette épreuve en 1958, 1960 et 1961. Ses treize titres de champion national de première division dans trois pays différents constitue le record du genre.