1956 decemberében a Honvéd a Real Madrid elleni barátságos mérkőzésen 5:5-ös eredményt ért el. 1958-tól a Honvéd technikai vezetője, Östreicher Emil sportigazgatóként dolgozott a Real Madrid elnöke, Santiago Bernabéu mellett. Első megbízásaként erősítést kellett találnia a csapat számára. Legelőször természetesen Puskást kereste fel Olaszországban, hogy magával vigye őt a Realhoz.

Puskás eltiltása ekkorra véget ért és a Real időközben megszerezte sorozatban a harmadik győzelmét is az akkoriban létrejött UEFA Bajnokcsapatok Európa Kupájában, így Kocsis Sándorhoz és Czibor Zoltánhoz hasonlóan Puskás is Spanyolországba költözött. Rövidesen barátságot kötött Alfredo Di Stéfano-val, és közös munkájuk révén a Real Madrid a legjobb európai futballklubbá vált. Hatszor nyerték meg a nemzeti bajnokságot és további három alkalommal hódították el a Bajnokcsapatok Európa Kupáját.

Az első évében, mikor a Real Madrid sorozatban negyedszerre is győzött a BEK-ben, Puskásnak az Atlético Madrid csapatával szembeni elődöntőben sikerült egy kétlábas gólt lőnie. Edzője azonban személyes nézeteltérések miatt Mateót állította be helyette a döntőben. Miután Santiago Bernabéu tudomást szerzett a dologról, azonnali hatállyal menesztette az argentin edzőt annak ellenére is, hogy megnyerték a kupát. Az 1960-as BEK döntőben az Eintracht Frankfurt ellen 7:3-ra nyert a Real, Puskás ebből négy gólt szerzett (amely máig megdöntetlen rekord) és így hét meccsen szerzett tizenkét góljával elnyerte a Pichichi-trófeát, azaz spanyol gólkirállyá választották. Két évvel később, 35 évesen a Benfica Lissabon elleni BEK-döntőn három gólt szerzett, a Real azonban 5:3-ra veszített. Ekkor már előre látható volt, hogy a nagyszerű csapat diadalmenete hamarosan véget ér, ugyanis a legjobb játékosok addigra már betöltötték harmincadik életévüket. Emiatt Santiago Bernabéu előszerződést készített a brazil FC Santosban játszó 19 éves Pelé számára, de ő végül nem tartotta magát a megegyezéshez.

1960 novemberében, miután a Real sorozaban ötödször is győzött a BEK-ben, alulmaradt a rivális FC Barcelona csapatával szemben (az eredmény 2:2, majd a visszavágón 1:2 lett), így a veretlenségi sorozat megszakadt.

Puskás négyszeres spanyol gólkirály lett és 1961-ben megkapta a spanyol állampolgárságot, így az 1962-es labdarúgó-világbajnokságra a spanyol válogatott tagjaként utazott Chilébe. Szereplése azonban csalódást okozott, négy meccs egyikén sem sikerült a kapuba találnia.

1963. október 23-án futball-világválogatottként játszotta legutolsó nemzetközi válogatott meccsét, Anglia ellen. (A mérközésen Anglia győzött 2:1-re. A Világválogatott gólját Denis Law rugta. A második félidöben a Di Stefano, Puskás, Gento balszárny játszott) Nyolcévnyi közönségsiker után 1966-ban, 39 évesen befejezte játékosi pályafutását.