L'estiu del 2012 va fitxar pel FC Barcelona Regal per formar part del primer equip. En aquesta primera temporada de blaugrana va guanyar la Copa del Rei, i va ser subcampió de la Supercopa Endesa i de la Lliga. L'estiu de 2013 va ser escollit en la posició 45 del draft de l'NBA pels Portland Trail Blazers, tot i que els seus drets NBA pertanyen als Houston Rockets fins l'estiu de 2018. Todorović va seguir jugant a Barcelona, amb qui va guanyar la Lliga i va ser subcampió de Copa i Supercopa.