I juli 2016 byttet han klubb fra Peñarol til Real Madrid, hvor han ble plassert på b-laget Real Madrid Castilla. To måneder seinere debuterte Valverde for Castilla mot Real Unión, Castilla endte dessverre opp med å tape kampen. Han ble en fast spiller fra start i debut sesongen, og hans første mål for Castilla kom mot Albacete in desember 2016.