2012 tavaszán még Glen Johnson és Kyle Walker neve is felmerült, mint José Mourinho lehetséges átigazolási célpontjai. A következő nyár folyamán került Dani Carvajal a Bayer Leverkusen csapatához kölcsönbe, az első csapathoz pedig Nachót hívták fel helyette. A Bundesligában Carvajal első szezonja igazi áttörés volt, nem sokkal később pedig vissza is hívták a Real Madridhoz.
Carlo Ancelotti első idényében pedig a fiatal spanyol azonnal ki is szorította Álvaro Arbeloát a jobbhátvéd posztjáról, állandó helyet kivívva magának a kezdőcsapatban a 2013/14-es szezon második felére. A Real Madrid vele a jobb oldalon nyerte meg a Tizediket Lisszabonban, Carvajal pedig ezek után kapott meghívót Vicente Del Bosque spanyol válogatottjába a 2014-es világbajnokságra.
Egy újabb szezon elteltével a Real Madrid leigazolta Danilót Carvajal riválisának. Ebben az idényben a brazil a bajnokságban eggyel több meccsen kezdett, mint spanyol társa, a Real Madrid pedig megnyerte a Tizenegyediket is Milánóban. Az irányítás ekkor már Zinédine Zidane kezében volt, és a következő szezonra már egyértelműen újra Carvajal lett az első számú választás a védelem jobb oldalán. A 2016/17-es szezonban 38 meccsen volt kezdő, míg Danilo 24-en.
A brazil ezt követően távozott a Manchester Cityhez, a Real Madrid pedig Achraf Hakimit hozta fel a Castillából Carvajal cseréjének, hogy aztán a következő nyáron 40 millió euróért igazolja le Álvaro Odriozolát. A 2019/20-as idényben pedig újfent megkérdőjelezhetetlen Dani Carvajal szerepe: ő az első számú választás. Ezzel együtt a 2020-as Európa-bajnokságra is biztosítani látszik a helyét ugyanezen a poszton.
