میلیتائو در سال ۲۰۱۹ از پورتو جدا شد و به رئال مادرید پیوست و خیلی زود توانست مهارتش در خط دفاعی را در این تیم به نمایش بگذارد. 

جدایی رافائل واران و سرخیو راموس به او این فرصت را داد که به رهبر اصلی خط دفاعی این تیم تبدیل شود و توانست به خوبی از عهده این مسئولیت بربیاید. 

این ستاره برزیلی از زمان حضورش در رئال مادرید موفقیت‌های بسیاری را با این تیم تجربه کرده که شامل دو قهرمانی در لالیگا، یک قهرمانی در جام حذفی اسپانیا و همچنین یک قهرمانی در لیگ قهرمانان اروپا است. 

میلیتائو بخش اعظمی از موفقیت‌هایش با پیراهن رئال را تحت هدایت آنچلوتی به دست آورد که به نظر می‌رسد رابطه بسیار خوبی با او دارد. 

این مدافع رئال در گفتگو با خبرنگاران در پاسخ به سوالی درباره این مربی ایتالیایی گفت: «آنچلوتی؟ ما رابطه کاری بسیار سالمی با یکدیگر داریم. همیشه در حال شوخی و خنده هستیم. رابطه ما واقعا خوب است. این رابطه طوری است که انگار ما پدر و پسر هستیم.»

آنچلوتی پس از پایان دوران حضورش در رئال در تابستان ۲۰۲۴، هدایت تیم ملی برزیل را برعهده خواهد گرفت و در آنجا نیز با میلیتائو همراه خواهد بود.