Huit jours plus tard son prolongement de contrat avec le CR Flamengo, le 23 mai 2017, le club officialise qu’il rejoindra le club espagnol du Real Madrid en juillet 2018 alors qu’il n’a disputé que 17 minutes en pro. Le 31 mai 2018, il est annoncé que le coach du Real Madrid, Zinédine Zidane, quitte le club, cinq jours après son troisième sacre d’affilée en Ligue des champions face au Liverpool FC. Champion d’Espagne, le Real Madrid s’adjuge sa 14e couronne en Ligue des champions . Cette édition 2018-2019 de la Ligue des champions a vu le Real Madrid terminer premier de son groupe, nouveau maillot psg devant l’AS Rome. Tout le monde rêve de jouer à Madrid et nous savons tous que celui qui arrive joue ou passe à côté. Grâce à la victoire des madrilènes de la précédente Ligue des champions, l’équipe dispute la Coupe du monde des clubs de la FIFA 2018 qui a lieu aux Émirats arabes unis durant le mois de décembre.
Il remporte également la Supercoupe d’Espagne, la Supercoupe de l’UEFA et la Coupe du monde des clubs. Le joueur est l’un des points forts de l’équipe lors de la course au titre à la Coupe Guanabara, la première phase du Campeonato Carioca, comptant trois buts en six matchs qui servent au CR Flamengo à remporter le titre lors du dernier match contre le Boavista SC. Même s’il a trois ans de moins que l’âge maximum, Vinícius est l’une des stars du tournoi. Afin de le protéger, Flamengo fait signer un contrat professionnel à Vinícius dès l’âge de 16 ans (l’âge minimum légal pour la signature d’un contrat professionnel) avec une clause de rachat de 30 millions d’euros. Vinícius enregistre son contrat auprès de la Confédération brésilienne de football le 1er août 2016. Bien que la loi Pelé au Brésil autorise des contrats de cinq ans, la FIFA ne reconnaît que les contrats de trois ans pour les joueurs de moins de 18 ans. Les performances exceptionnelles de Vinícius Júnior avec les équipes de jeunes de Flamengo et des équipes du Brésil des moins de 15 et 17 ans attirent l’attention des grands clubs européens.
À la fin de la rencontre, Robinho va voir Vinícius Júnior. Avec l’arrivée de Santiago Solari au poste d’entraîneur à la place de Julen Lopetegui le 29 octobre 2018, Vinícius est plus souvent aligné et ses prestations sont notables, malgré son manque d’efficacité dans le dernier geste. Il est le joueur vedette, malgré une année d’âge mineur. Enfin, l’internationale danoise Matilde Lundorf Skovsen a aussi passé une saison avec les U19 du PSG. La saison 2021-2022 s’annonce comme un tournant dans la carrière de Vinícius Júnior, titulaire indiscutable du Real Madrid et considéré comme le meilleur joueur de Liga. En 2016, Vinícius passe de l’équipe des moins de 15 ans à celle des moins de 17 ans, encore une fois plus jeune que ses coéquipiers. Lors de ce match face à l’équipe tchèque, il attribue une passe décisive à Toni Kroos à la 67e minute, soit cinq minutes après son entrée en jeu.
L’Atlético de Madrid a occupé cinq stades tout au long de son histoire. « Madrid est un club avec une très forte demande. Pour l’avant dernier match à domicile de cette saison noire (le club n’est jamais monté au-dessus de la 17e place), le SM Caen reçoit le voisin havrais pour le derby normand. Avec les absences répétées de Karim Benzema, l’international brésilien a su endosser le costume de leader offensif de son équipe cette saison. Le Brésilien est convoqué pour disputer le Trophée Santiago Bernabéu 2018 face à l’AC Milan, qui a lieu le 11 août. C’est le premier trophée majeur remporté par le joueur brésilien avec le Real Madrid. Confronté comme l’an passé au Real Madrid en finale de Supercoupe d’Espagne, le Barça a cette fois subi la loi de son rival éternel. Cette finale se dispute en deux rencontres : la première a lieu le 8 septembre 2017 à Rio de Janeiro et la deuxième le 28 septembre à Belo Horizonte.