0年6月29日西班牙足球甲级联赛球队皇家马德里足球俱乐部官方宣布，迪马利亚正式加盟，双方签约六年转会费为两千五百万欧元。

2010年8月29日西甲联赛第1轮皇家马德里客场一比一战平皇家马洛卡足球俱乐部，迪马利亚首次代表皇家马德里在正式比赛中亮相。2010年9月18日西甲联赛第三轮皇家马德里客场二比一战胜皇家社会足球俱乐部，迪马利亚在比赛的第五十一分钟帮助球队首开纪录，这是他在皇家马德里的处子球。2011年4月21日西班牙国王杯决赛皇家马德里对阵巴塞罗那足球俱乐部，双方在九十分钟内互交白卷进入加时赛，在比赛的第一百零二分钟，迪马利亚助攻克里斯蒂亚诺·罗纳尔多打入全场唯一进球，最终帮助球队夺得冠军，201011赛季迪马利亚代表皇家马德里在各项赛事中出场五十三次，并贡献了九个进球和二十六次助攻。

2011年11月6日西甲联赛第12轮皇家马德里主场七比一大胜奥萨苏纳足球俱乐部，迪马利亚在这场比赛贡献了三次助攻，不过却在比赛的第四十九分钟受伤离场。2011年11月27日西甲联赛第十四轮皇家马德里主场对阵同城对手马德里竞技足球俱乐部，迪马利亚在比赛的六十五分钟攻入一球，最终帮助球队四比一战胜对手，201112赛季迪马利亚代表皇家马德里在各项赛事中出场三十二次，并贡献了七个进球和十七次助攻。

2012年8月30日西班牙超级杯次回合皇家马德里主场对阵巴塞罗那，迪马利亚帮助球队以二比一的比分战胜对手，总比分战成四比四平，皇家马德里凭借客场进球多的优势夺得冠军。

2013年1月21日西甲联赛第二十轮皇家马德里客场五比零大胜瓦伦西亚足球俱乐部，迪马利亚在比赛中梅开二度并贡献一次助攻，201213赛季迪马利亚代表皇家马德里在各项赛事中出场五十二次，并贡献了九个进球和十八次助攻。