ב-11 בינואר 2011, חואנפראן חתם על חוזה עד ליוני 2015 בקבוצת אתלטיקו מדריד, תמורת סכום של 4 מיליון אירו. הופעת הבכורה שלו עבור הקולצ'ונרוס הגיעה כבר יומיים לאחר שחתם במועדון, כשפתח בהרכב הקבוצה בהפסד החוץ שלה 1–3 מול מועדונו המקצועני הראשון ריאל מדריד, במסגרת הגביע הספרדי. את שערו הראשון עבור אתלטיקו כבש ב-21 במאי 2011, במשחק האחרון לעונה, שהסתיים בניצחון 3–4 מול מיורקה. את השער הקדיש לאביו, אשר נפטר שבועיים קודם לכן. את עונת 2011–2012, בילה כמגן הימני הקבוע של המועדון על ידי מאמנו גרגוריו מנזאנו, ויורשו דייגו סימאונה. במהלך העונה, זכה עם קבוצתו בליגה האירופית, עם ניצחון בתוצאה 0–3 במשחק הגמר מול יריבתה המקומית אתלטיק בילבאו.