Jabarkan Real Madrid dari Ezequiel Garay

Pada tanggal 18 Mei 2008, Racing menjual Garay ke Real Madrid, tetapi Racing menerimanya lagi sebagai pemain pinjaman sepanjang musim 2008-2009. Kembali pada bulan Juli 2009, ia membuat debut liga untuk Merengues pada tanggal 29 Agustus, dalam pertandingan pembukaan musim melawan Deportivo de La Coruña, menang 3-2. Pada tanggal 12 Desember, setelah menggantikan Pepe yang terluka parah, ia mencetak gol pertamanya untuk klub, lewat sundulan berkat tendangan bebas dari Xabi Alonso untuk membuat El Real unggul 3-2 atas Valencia CF, enam menit dari waktu normal.

Garay hanya menjad pilihan keempat di lini belakang Madrid pada musim 2010-11, di bawah manajer baru José Mourinho, ia hanya tampil dalam lima pertandingan liga, dan ditambah dua laga di Piala Raja Spanyol musim 2010-11 (termasuk satu menit di final melawan FC Barcelona, saat kemenangan 1-0 lewat babak perpanjangan waktu).