Στις 31 Ιανουαρίου του 2011, λίγο πριν το τέλος της χειμερινής μεταγραφικής περιόδου, η ομάδα της Τσέλσι ανακοίνωσε την απόκτηση του Τόρρες από την Λίβερπουλ έναντι ποσού 58 εκατομμυρίων ευρώ, γεγονός που αποτέλεσε την ακριβότερη μεταγραφή στην ως τότε ιστορία του αγγλικού ποδοσφαίρου. Πραγματοποίησε αναποτελεσματικό επιθετικά ξεκίνημα στο λονδρέζικο σύλλογο, αφού συμπλήρωσε 903 λεπτά χωρίς γκολ, μέχρι που σκόραρε σε αγώνα απέναντι στη Γουέστ Χαμ. Σημείωσε ένα ακόμη κρίσιμο τέρμα εναντίον της Μπαρτσελόνα, όταν πέρασε ως αλλαγή του Ντρογκμπά στον δεύτερο ημιτελικό του Champions League στο Καμπ Νόου, όπου στο 90ο λεπτό ισοφάρισε σε 2-2, αφήνοντας εκτός τελικού την ομάδα του συμπατριώτη του Πεπ Γκουαρντιόλα. Μέχρι το τέλος της σεζόν 2011-12 είχε κερδίσει το πρώτο -της Τσέλσι, αλλά και της καριέρας του- τρόπαιο Champions League, καθώς και το Κύπελλο Αγγλίας.