A Real Madrid legközelebbi „szomszédja” a szintén madridi Atlético, és szintén a Real egyik legnagyobb riválisa. Bár a klubot baszk diákok alapították 1903-ban, a klubhoz több, a Realtól elküldött tag is csatlakozott, innen az ellentét oka. További ellentétre adott okot, hogy korábban a Real Madrid szurkolói főleg a középosztályból, míg az Atléticoé leginkább a munkásosztályból kerültek ki, de az ebből adódó ellentét mára már szinte teljesen eltűnt. A két csapat először 1929. február 21-én játszott egymás ellen a bajnokságban. Az első hivatalos el derbi madrileño-n a Real nyert 2–1-re. A két csapat nemzetközi mérkőzésen először az 1958–1959-es BEK elődöntőjében találkozott, ahol az első meccset 2–1-re a Real, míg a visszavágót 1–0-ra az Atlético nyerte. Újrajátszás után a Real Madrid jutott tovább. A következő két évben viszont a Real kétszer is kikapott fontos meccseken az Atléticótól, 1960-ban és 1961-ben is ez a két csapat játszotta a spanyol kupa döntőjét.

1961-től egészen az 1980-as évekig, amikor a Real Madrid dominált a bajnokságban, a kisebbik madridi klub volt a Real egyik legkomolyabb ellenfele, a Real mellett ők voltak a legsikeresebb csapat, 1966-ban, 1970-ben, 1973-ban 1977-ben is bajnoki címet tudtak szerezni. 1965-ben az Atlético szakította meg a királyi gárda nyolc éves otthoni veretlenségi sorozatát. Utolsó fontosabb mérkőzésük a 2002–2003-as szezonban volt, amikor az egymás elleni meccs a bajnoki címről döntött. A Real végül simán, 4–0-ra nyert.