Setelah musim 2014–2015 yang nirgelar, Toni Kroos tetap menampilkan performa yang baik di mana Real Madrid menjuarai Liga Champions UEFA 2015–2016 setelah mengalahkan Club Atlético de Madrid melalui adu penalti setelah bermain imbang 1–1. Pada pertandingan final, Kroos mengeksekusi tendangan bebas yang berbuah menjadi gol yang dicetak oleh kapten Real Madrid C.F. Sergio Ramos pada babak pertama. Kroos kemudian digantikan oleh Francisco Román Alarcón. Toni Kroos menjadi pemain asal Jerman pertama yang menjuarai Liga Champions UEFA bersama dua klub yang berbeda. Pada musim 2016–2017, ia menandatangani kontrak baru dengan jangka waktu sampai 2022. Ia turut bermain dalam pertandingan Final Liga Champions UEFA 2017 di mana Real Madrid mengalahkan Juventus dengan skor 4–1. Pada musim yang sama, Kroos juga menjuarai La Liga 2016–2017, dengan 29 kali tampil di La Liga. Pada tahun 2018, ia meraih trigelar Liga Champions setelah kemenangan Real Madrid atas Liverpool di Kiev.