El 4 de enero de 2016, es nombrado del Real Madrid, en sustitución de Rafa Benítez. Debuta en el Estadio Santiago Bernabéu con victoria por 5-0 ante el Deportivo. Su primera derrota como técnico, llegó en el «Derbi», tras caer 0-1 ante al Atlético de Madrid. En su primer «Clásico» como entrenador, se impuso al Barcelona en el Camp Nou por 1-2, resultado que permitió al conjunto blanco, disputarle el campeonato de liga al Barcelona hasta la última jornada, concluyendo finalmente a un punto de los azulgranas. En Liga de Campeones, el equipo logró la «Undécima» Copa de Europa tras imponerse al Atlético de Madrid en la final de Milán del 28 de mayo, logrando así su primer título como entrenador. Se unió de esta forma, al selecto grupo de campeones de Europa de clubes como jugadores y entrenadores, siendo además el primer francés en conseguirlo.