2.1.2. Real Madrid

Vào ngày 31/7/2015, Vallejo đã ký hợp đồng sáu năm với Real Madrid với mức phí được đồn đoán là 6 triệu euro, sau đó được cho Zaragoza mượn lại trong một năm. Mùa hè năm sau, anh chuyển ra nước ngoài sau khi đồng ý ký hợp đồng cho mượn một năm với câu lạc bộ Đức Eintracht Frankfurt.

Lần đầu tiên Vallejo ra sân ở Bundesliga là vào ngày 27/8/2016, khi anh vào sân thay người vào phút chót trong chiến thắng 1-0 trên sân nhà trước Schalke 04. Anh cũng ghi bàn thắng đầu tiên từ băng ghế dự bị, góp công vào trận hòa 2-2 với RB Leipzig cũng tại Commerzbank-Arena trong trận đấu cuối cùng của mùa giải.

Vào ngày 7/7/2017, Vallejo được công bố là cầu thủ của Real Madrid và là thành viên của đội một cho chiến dịch sắp tới. Anh được trao chiếc áo số 3, trước đó do Pepe mặc. Trận ra mắt chính thức của anh diễn ra vào ngày 26/10, khi anh bắt đầu và bị đuổi khỏi sân ở phút cuối cùng của chiến thắng 2-0 trên sân khách trước Fuenlabrada tại Copa del Rey. Lần đầu tiên anh xuất hiện tại La Liga diễn ra mười ngày sau đó, khi anh đá cặp với Sergio Ramos trong trận thua 3-0 trên sân nhà trước Las Palmas. Vallejo đã ra mắt tại UEFA Champions League vào ngày 11/4/2018 do Nacho chấn thương và Ramos lãnh án án treo giò, Vallejo  đã chơi toàn bộ trận đấu nhưng Real đã thua 1-3 trên sân nhà trước Juventus ở lượt về vòng tứ kết, trận đấu vẫn đủ điều kiện giúp Real vào bán kết với tổng tỷ số 4-3. Đó là lần xuất hiện duy nhất của anh ấy, khi Madrid giành chức vô địch thứ ba liên tiếp và thứ 13 trong giải đấu.

Vào ngày 27/7/2019, Vallejo chuyển đến câu lạc bộ Wolverhampton Wanderers của Giải bóng đá Ngoại hạng Anh theo dạng cho mượn trong một mùa giải. Anh ấy đã có trận ra mắt chính thức vào ngày 15/8, trong chiến thắng 4-0 trên sân nhà trước Pyunik ở vòng loại thứ ba của UEFA Europa League. Anh ấy đã chơi trận đấu đầu tiên tại Giải bóng đá Ngoại hạng Anh vào ngày 14/9, với trọn vẹn 90 phút trong trận thua 5-2 trước Chelsea cũng tại Molineux. Anh ấy đã có thêm một lần ra sân ở giải đấu, nhưng không được sử dụng nữa ngoại trừ trận đấu Cúp EFL trong một đội chủ yếu gồm các cầu thủ dự bị.

Vào đầu kỳ chuyển nhượng tháng 1, huấn luyện viên trưởng của Wolves, Nuno Espírito Santo, xác nhận rằng Vallejo có khả năng sẽ ra đi và nói thêm rằng hậu vệ này "đã có những khoảnh khắc chơi, những khoảnh khắc thể hiện tốt và một số khoảnh khắc không thể hiện tốt... Rõ ràng là điều đó không hiệu quả". Vào ngày 24/1/2020, anh được cho Granada của giải đấu hàng đầu Tây Ban Nha mượn cho đến tháng 6; vào ngày 18/8, động thái này được gia hạn thêm một năm, và anh đã góp mặt 12 lần trong trận tứ kết của Andalusia tại Europa League với tổng cộng 37 lần trong suốt chiến dịch.

Do bị treo giò và chấn thương, Vallejo đã ra sân ngay từ đầu trong chiến thắng 4-0 trên sân nhà trước Espanyol vào ngày 30/4/2022 khi Real Madrid giành chức vô địch giải đấu thứ 35, hợp tác với Casemiro ở vị trí trung vệ. Tuy nhiên, anh chỉ chơi tám trận đấu chính thức trong suốt mùa giải. Vào ngày 15/7/2023, Vallejo trở lại Granada theo dạng cho mượn trong một mùa giải. Anh ấy chỉ chơi tổng cộng 106 phút trong lần thứ hai, bị xuống hạng cuối cùng.

Vào ngày 15 tháng 7 năm 2023, Vallejo trở lại Granada theo dạng cho mượn trong một mùa giải. Anh ấy chỉ chơi tổng cộng 106 phút trong lần thứ hai. Kết thúc mùa giải, Granada bị xuống hạng.

2.2. Sự nghiệp thi đấu quốc tế

Vào ngày 7/3/2013, Vallejo xuất hiện cùng đội tuyển U-16 Tây Ban Nha trong một trận giao hữu với Hungary. Anh ấy đã có lần đầu tiên khoác áo đội tuyển U-21 vào ngày 26/3/2015 ở tuổi 18, bắt đầu trong chiến thắng 2-0 trước Na Uy tại Cartagena trong một trận đấu giao hữu khác.

Được huấn luyện viên Albert Celades chọn vào vòng chung kết Giải vô địch U-21 châu Âu năm 2017, Vallejo đã chơi bốn lần cho đội á quân cuối cùng. Mặc dù anh không có tên trong đội hình 23 người tham dự vòng chung kết Giải vô địch bóng đá thế giới FIFA 2018, anh vẫn được huấn luyện viên trưởng toàn đội Julen Lopetegui chọn cho trận giao hữu với Thụy Sĩ sẽ được tổ chức vào ngày 3/6.

Vallejo là một trong 22 cầu thủ được đội tuyển U23 chọn tham dự Thế vận hội mùa hè 2020, bị hoãn lại cho đến mùa hè năm 2021 do đại dịch COVID-19.

3. Thống kê sự nghiệp thi đấu

• VĐQG
• Cúp Quốc Gia
• Cúp Châu Lục
• Đội tuyển

Mùa giải	CLB	Giải đấu
2024/2025	Real Madrid	LaLiga	1	0	0	0	0
2023/2024	Granada CF	LaLiga	3	0	0	1	0
2022/2023	Real Madrid	LaLiga	1	0	0	0	0
2021/2022	Real Madrid	LaLiga	5	0	0	1	0
2020/2021	Granada CF	LaLiga	21	0	0	2	1
2019/2020	Granada CF	LaLiga	11	0	0	1	0
2019/2020	Wolves	Premier League	2	0	0	1	0
2018/2019	Real Madrid	LaLiga	5	1	0	1	1
2017/2018	Real Madrid	LaLiga	7	0	0	0	0
2016/2017	Eintracht Frankfurt	Bundesliga	25	1	0	4	0
2015/2016	Zaragoza	Segunda Division	20	0	0	3	0
2014/2015	Zaragoza	Segunda Division	33	1	0	5	0
Tổng			134	3	0	19	2

4. Danh hiệu

4.1. Danh hiệu CLB

Real Madrid

• La Liga: 2021–22
• Copa del Rey: 2022–23
• Supercopa de España: 2021–22
• UEFA Champions League: 2017–18, 2021–22
• UEFA Super Cup: 2022, 2024
• FIFA Club World Cup: 2018, 2022
• FIFA Intercontinental Cup: 2024

4.2. Danh hiệu ĐTQG

U19 Tây Ban Nha

• UEFA European Under-19 Championship: 2015

U21 Tây Ban Nha

• UEFA European Under-21 Championship: 2019 (vô địch), 2017 (á quân)

U23 Tây Ban Nha

• Summer Olympics silver medal: 2020

6.3. Danh hiệu cá nhân

• UEFA European Under-21 Championship Team of the Tournament: 2019