Torres signerte sin første proffkontrakt i 1999, men måtte vente til 27. mai 2001 for å debutere for førstelaget til Atletico Madrid i en kamp mot Leganes. Han ble da den yngste på førstelaget noensinne for det spanske laget, kun 17 år og 68 dager gammel. Han scoret sitt første mål for klubben uken etter i en kamp mot Albacete. Torres ble også Atletico Madrid sin yngste kaptein noensinne da han overtok kapteinsrollen bare 19 år gammel. Han var kaptein helt fram til han ble solgt til Liverpool i 2007.