หลังหมดสัญญายืมตัวกลับมาลากา เปา ตอร์เรส ก็ได้ถูกเรียกกลับสู่บิยาร์เรอัล และได้เป็นสมาชิกของทีมชุดใหญ่อย่างเป็นทางการ ใน 20 นัดแรกที่บิยาร์เรอัลลงแข่งขันตัวเขาได้ลงเล่นครบทุกนาที ในวันที่ 2 ตุลาคม ค.ศ. 2019 เขาได้ต่อสัญญากับทีมออกไปจนถึงปี ค.ศ. 2024 ในอีกสามวันถัดมา เขาสามารถทำประตูแรกในลาลิกาได้ในนัดที่ออกไปเยือนเซอา โอซาซูนา เป็นประตูขึ้นนำ 0–1 ในนาทีที่ 5 ก่อนที่ทีมของเขาจะแพ้ไปด้วยคะแนน 2–1 ตลอดฤดูกาลเขาลงเล่นในนัดอย่างเป็นทางการ 38 นัดจากที่บิยาร์เรอัลลงเล่น 45 นัด พร้อมกับทำ 2 ประตูช่วยให้ทีมจบลำดับที่ห้าบนตารางคะแนนลาลิกา ซึ่งจะได้สิทธิ์ลงเล่นยูฟ่ายูโรปาลีกในฤดูกาลถัดไป ในฤดูกาล 2020–21 เขายังคงยึดตำแหน่งเซ็นเตอร์แบ็ก คู่กับราอุล อัลบิโอลได้อย่างต่อเนื่อง ในวันที่ 2 พฤศจิกายน ค.ศ. 2020 เขายังทำประตูให้กับบิยาร์เรอัลได้ในเกมลีกนัดที่ 8 กับเรอัลบายาโดลิด ช่วยให้ทีมเอาชนะไป 2–0 รวมถึงในวันที่ 13 ธันวาคม เขาทำประตูให้บิยาร์เรอัลขึ้นนำเรอัลเบติส 1–0 ที่เบนิโต บิยามาริน ก่อนที่จะถูกตีเสมอเป็น 1–1 และจบลงด้วยคะแนนนี้ในวันที่ 11 มีนาคม ค.ศ. 2021 เขายังทำประตูได้ในเกมรอบ 16 ทีมสุดท้าย นัดแรก พบกับดือนามอกือยิว ที่สนามโอลิมปิสกีเนชันแนลสปอตส์คอมเพล็กซ์ เป็นประตูขึ้้นนำ 1–0 ในนาทีที่ 30 ก่อนที่ทีมจะเอาชนะไป 2–0 รวมผลในนัดที่สองเป็น 4–0 หลังจากนั้น บิยาร์เรอัล ได้ผานเข้าสู่รอบชิงชนะเลิศ กับแมนเชสเตอร์ยูไนเต็ด ที่กดัญสก์ ซึ่งเขาก็ได้ลงเล่นในนัดนี้โดยทั้งสองทีมได้เสมอกันใน 120 นาที 1–1 ทำให้ต้องดวลลูกโทษตัดสิน โดยเปา ตอร์เรสได้รับหน้าที่นี้เป็นคนที่ 10 หลังจาก 9 คนก่อนหน้านี้ของทั้งสองทีมทำเข้าประตูทั้งหมด ซึ่งเขาก็ทำประตูผ่านมือของดาบิด เด เฆอา เข้าไปสำเร็จเช่นกัน ก่อนที่ เด เฆอา จะดวลลูกโทษพลาด ทำให้บิยาร์เรอัลชนะในช่วงการดวลลูกโทษ 11–10คว้าแชมป์รายการหลักเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์สโมสร และเป็นแชมป์แรกในระดับอาชีพของเปา ตอร์เรส