Il 21 luglio 2017, dopo una sola stagione dal suo ritorno al Real Madrid, si trasferisce al , che lo acquista per 58 milioni di sterline (pari a circa 64 milioni di euro). L'esordio arriva il 6 agosto successivo in occasione della FA Community Shield 2017 contro l' subentrando, al 74º minuto, al posto del compagno di squadra Michy Batshuayi; la partita verrà persa ai calci di rigore dove proprio lo spagnolo è protagonista in negativo andando a sbagliare il proprio "penalty". Sei giorni più tardi arriva il primo gol in terra inglese in occasione della prima di campionato persa, per 2-3, contro il . Il 23 settembre sigla la sua prima tripletta con la maglia dei "blues" in occasione della trasferta vinta, per 0-4, contro lo . Quattro giorni più tardi sigla anche la sua prima marcatura in Champions League con la maglia del Chelsea in occasione della trasferta vinta, per 1-2, contro gli spagnoli dell'Atlético Madrid. Il 19 maggio 2018 vince il suo primo titolo con la maglia del Chelsea poiché la sua squadra si impone nella finale di FA Cup, per 1-0, contro il concludendo la stagione con un bottino di 48 presenze e 15 reti.