2011년 7월 20일, 티아구는 아틀레티코 마드리드와 2년 영구 이적 계약을 체결하였다. 그는 시즌 중반에 그레고리오 반사노를 대신하여 사령탑에 취임한 디에고 시메오네 하에 주전으로 활약하며, 유로파리그 결승행에 또다시 중요한 역할을 맡았다. 그는 발렌시아와의 준결승 2차전 (1-0 승리, 합계 5-2) 에서 로베르토 솔다도의 따귀를 친 것으로 인해 퇴장당하여 부쿠레슈티에서의 결승전에 결장하였다.