El 18 de agosto de 2011 el Atlético de Madrid fichó a Radamel Falcao García por una suma estimada en 40 millones de Euro|euros. Con este fichaje, Falcao se convirtió en la venta más cara de la historia de la Primera División de Portugal, el jugador por el que el cuadro colchoneron 2 pagó más dinero y, a la vez, el futbolista colombiano por el que se pagó más dinero en la historia. El lunes 22 de agosto de 2011, Falcao fue presentado ante su nueva afición en el escenario futbolístico del club, el Vicente Calderón, en donde fue recibido por alrededor de diez mil aficionados.
En consecuencia de que Radamel aún no tenía los papeles necesarios en su totalidad para jugar en la liga, no tuvo la oportunidad de participar en el primer choque del campeonato, frente a Osasuna. El 10 de septiembre, debutó con la camiseta rojiblanca en partido correspondiente a la tercera jornada de liga, encuentro que finalizó con una derrota de su equipo por 1-0 ante el Valencia en condición de visitante. Su primer gol con el Atlético de Madrid lo marcó el 15 de septiembre de 2011 en el Estadio Vicente Calderón en la primera jornada de la Liga Europea de la UEFA 2011-12 frente alCeltic Football Club, tal tanto significó el 1-0 parcial, que luego terminó en un 2-0 a favor del Atlético de Madrid. Posteriormente, el colombiano hizo sus primeros goles en la liga española, estrenandose con un triplete, el 18 de septiembre frente al Racing de Santander por la 4ª jornada, en el Estadio Vicente Calderón, en un juego que culminó 4-0. En la siguiente jornada de la liga española, continuó con su racha goleadora, en el partido que enfrentó al Atlético con Sporting de Gijón en el Estadio Vicente Calderón, El Tigre llevó a cabo un buen partido al convertir dos tantos en la goleada 4-0 contra dicho equipo y, llegó a los 6 goles en 4 partidos con su nuevo equipo, 5 de ellos en la liga española. Luego, Falcao jugó su quinto partido como colchonero, el 24 de septiembre frente al Barcelona en el Camp Nou, en un juego en el que Atlético perdió 5-0. El 29 de septiembre, en el partido correspondiente a la segunda jornada de la fase de grupos de la Europa League, Atlético enfrentó a Rennes en condición de visitante, García no marcó y el equipo empató a un gol.
En octubre, Radamel tuvo una sequía goleadora, en la que sólo marcó un gol en cinco partidos, dos de ellos válidos por la UEFA Europa League. Por liga, frente a Athletic Club, perdido; frente a Sevilla FC y Granada, empatados; y frente a Zaragoza, ganado. En estos partidos, Falcao jugó pero no tuvo participación en los goles de su equipo. Igualmente, por la Liga Europea, enfrentó a Udinese, y tampoco marcó, pues su equipo cayó derrotado por 2-0 como visitante. Su único gol en el mes de octubre, lo marcó el 23 de octubre, frente a Mallorca, por la novena jornada de la liga española, en el Estadio Vicente Calderón; este tanto, lo marcó de penal y decretó el empate a un gol entre ambos equipos.
El 3 de noviembre, de nuevo aportó para el Atlético en la goleada 4-0 frente a Udinese, poniendo el gol que cerró la cuenta. Cuatro días después, Falcao sumó un gol más en su cuenta personal, esta vez de penal, frente a Getafe, en un partido en el que su equipo perdió 3-2 en el Coliseum Alfonso Pérez. Después, el 11 de noviembre, se supo que Radamel sufrió una lesión mientras entrenaba con la selección Colombia, tal lesión lo alejó de las canchas por casi un mes. Por lo tanto le impidió jugar frente a Levante, partido que su equipo ganó 3-2, y adicionalmente, no pudo jugar el derbi madrileño contra el Real Madrid, encuentro en el cual el Atlético perdió 4-1.
El retorno de Radamel, tras su lesión, tuvo fecha el 30 de noviembre frente a Celtic Football Club, por la quinta jornada de la UEFA Europa League, en un juego en el que comenzó como suplente y entró al minuto 67', sustituyendo a Adrián López, cuando el partido ya tenía en el marcador el 0-1 final a favor de su equipo. Mientras que su regreso a la liga española, el 4 de diciembre, se dio en un partido que enfrentó al Atlético y al Rayo Vallecano, y que finalizó 3-1, en el Estadio Vicente Calderón con un gol y una asistencia de El Tigre. Tras esto, participó en el partido que los enfrentó al Espanyol en el Estadio Cornellà-El Prat por la décimo sexta fecha de la liga BBVA, y a pesar de que Radamel marcó el 3-1, no pudo evitar que su equipo cayera 4-2. El último encuentro de la fase de grupos de la Liga Europea, lo jugó y lo ganó el Atlético frente al Stade Rennais, en el Estadio Vicente Calderón, con un marcador de 3-1 a su favor, Radamel marcó el primer gol para su equipo de tiro penal. Tres días después del partido por la UEFA Europa League, Falcao disputó 90 minutos en el encuentro que Atlético perdió en casa frente a Real Betiscon un marcador de 0-2. El 21 de diciembre jugó su primer y único partido por la Copa del Rey 2011-12, en la derrota de su club frente al Albacete con un marcador de cero a uno, en el Estadio Vicente Calderón, tal partido significó el encuentro de vuelta de los dieciseisavos de final del torneo. Con este resultado, el Atlético sentenció su eliminación de la competición, debido a que, en el partido de ida también perdieron 2-1, con el cual sumaron un global de 1-3 ante un equipo de Segunda División B de España. Este resultado, tuvo como consecuencia la salida deGregorio Manzano como director técnico de Falcao, y a su vez, la llegada de Diego Simeone al banquillo rojiblanco para el resto de la temporada.
El año 2012, comenzó con un partido empatado sin goles, el 7 de enero en La Rosaleda frente a Málaga CF, por la Liga BBVA, en el que se resaltó el debut de Diego Simeone como entrenador del colchonero. Tras esto, el Atlético de Madrid recibió en casa al Villarreal, y El Tigre anotó en dos ocasiones, una de estas de tiro penal, ayudando a su equipo en un juego que finalizó tres goles a cero.8El 21 de enero, Falcao consiguió su segunda tripletan 3 con la camiseta rojiblanca,n 4 en la goleada 0-4 —por la primera jornada de la liga española, anteriormente aplazada—que le propinaron a la Real Sociedad, en el Estadio Municipal de Anoeta. Cabe resaltar, que tal suceso, causó que el colombiano firmara la mejor primera vuelta de un futbolista del Atléticodesde el año 1999. Luego vinieron tres encuentros seguidos, en los cuales Radamel no pudo hacerse presente en el marcador, uno de ellos ganado por 0-1 frente a Osasuna y dos partidos empatados con marcador sin goles, frente a Valencia CF, en casa, y frente a Racing de Santander, como visitante. El 6 de febrero, Falcao García recibió el premio al mejor jugador de la Liga de Portugal 2010-11, entregado por el diario portugués A Bola.
El 16 de febrero, se reanudó la UEFA Europa League, con los dieciseisavos de final del campeonato, fase en la que al Atlético Madrid le correspondió medirse frente a la SS Lazio. Así, el partido de ida, se jugó en el Estadio Olímpico de Roma, y finalizó con un marcador de 1-3 para el equipo rojiblanco, con dos goles de Falcao. Después de tres días, García tuvo un mal día frente aSporting de Gijón, ya que su equipo empató a un gol en casa, y él no se hizo notar en el marcador. El 23 de febrero, se disputó el encuentro de vuelta de los dieciseisavos de la Liga Europea de la UEFA frente a la SS Lazio, y dio como resultado un gol a cero, a favor del colchonero, sin la presencia de Radamel en el marcador. De esta manera, Atlético clasificó a la siguiente ronda con un global de 4-1.
Previo al partido entre FC Barcelona y Atlético de Madrid, por la jornada 25 de la Liga BBVA, Pep Guardiola dio su opinión acerca de Falcao:
"Probablemente, el mejor jugador de área del mundo ahora mismo".
Pep Guardiola, director técnico del FC Barcelona. 25 de febrero de 2012.
Este partido frente al FC Barcelona se jugó en el Vicente Calderón, el 25 de febrero, y finalizó con una derrota de dos goles por uno, en contra del equipo rojiblanco. Para el Atlético, marcó Radamel tras un tiro de esquina; de la escuadra blaugranan 5 marcaron Daniel Alves y Lionel Messi. Luego, Falcao afrontó con su equipo el juego de ida de los octavos de final de la Liga Europea frente a Beşiktaş, ya que contra Sevilla no pudo jugar por acumulación de tarjetas. El 8 de marzo, tal encuentro versus Beşiktaş por la Liga Europea, finalizó 3-1 a favor del Atlético, con la ausencia de Radamel en el marcador, sobre el equipo turco. Por la liga española, jugó el 11 de marzo frente a Granada CF, y participó activamente al marcar el segundo gol del encuentro que finalizó 2-0 en el Vicente Calderón. A continuación, el 15 de marzo, El Tigre participó en la goleada que su equipo le propinó al Beşiktaş, en el Estadio BJK İnönü, por el partido de vuelta de los octavos de final de la Europa League, ya que marcó el segundo gol para su equipo al minuto 83' de juego. Posteriormente, en las jornadas 28 y 29 de la Liga BBVA, frente aMallorca y Athletic Bilbao, marcó 3 goles, dos de ellos frente al Athletic, sin embargo, en el primero de ellos su equipo perdió como visitante —en el que marcó pero falló un penalti—; de otro lado, contra el Bilbao, salieron victoriosos con un 2-1 en el Estadio Vicente Calderón. El último partido de marzo por la liga local, García lo jugó frente a Zaragoza en el Estadio de La Romareda, encuentro que terminó con una derrota de su equipo por 1-0.
El 29 de marzo, Falcao anotó el gol número 400 del Atlético de Madrid en competiciones europeas. Dicho suceso se dio en el partido de ida por cuartos de final de la UEFA Europa League 2011-12 contra el Hannover 96 alemán. Falcao, en tal partido, además del gol, dio la asistencia del segundo gol, el encuentro finalizó 2-1 a favor de Atlético de Madrid. Antes de disputar el encuentro de vuelta, Falcao marcó un gol frente al Getafe en un partido válido por la trigésimo primera jornada de la liga española, y que terminó con un marcador favorable al colchonero de 3-0. Posteriormente, en el partido de vuelta, frente al Hannover 96 en Alemania, de nuevo Falcao marcó de volea desde el borde del área, pero esta vez lo hizo al final del partido cuando el Atlético sufría de la ofensiva del equipo alemán; este gol frente a Hannover significó su gol número 100 en ligas europeas.
Tras jugar los últimos 25 minutos en la derrota dos goles a cero frente a Levante en el Estadio Ciudad de Valencia, Falcao García jugó su primer derbi madrileño, el día 11 de abril, partido que su equipo perdió 1-4 frente al Real Madrid. El Tigre marcó el gol del descuento para el Atlético Madrid, que en su momento significó el empate para el equipo. Tras cuatro días de haber disputado el derbi madrileño, García fue de nuevo titular en el encuentro por la jornada 34 de la Liga BBVA 11-12, entre Rayo Vallecano y Atlético Madrid, en el cual fue fundamental para su equipo al marcar el único tanto del Atlético Madrid, gol que significó el 0-1 final, el cual les dio un importante triunfo que hasta ese momento, los acercaba a los puestos de clasificación a UEFA Champions League y Europa League.
Falcao de nuevo tuvo la oportunidad de jugar las semifinales de la UEFA Europa League pero esta vez lo hizo jugando para el Atlético de Madrid y no para el FC Porto, con quién había conseguido la Europa League la temporada anterior. Así, el partido de ida se jugó el 19 de abril de 2012, frente al Valencia CF de España, y Radamel marcó dos goles: el primero y el último de los cuatro que marcó el Atlético en aquel 4-2 a favor de loscolchoneros. Seguido de esto, El Tigre jugó los 90 minutos del partido que Atlético ganó 3 por 1 frente a Espanyol. El 26 de abril, de nuevo retornaron los partidos de la UEFA Europa League, en tal ocasión, se disputaron los encuentros de vuelta de las semifinales, en los cuales Falcao participó de nuevo. Esta vez, García no consiguió anotar ningún gol en el partido que finalizó 0-1 a favor del Atlético frente al Valencia CF en el Estadio de Mestalla. De esta forma, Radamel, por segunda vez consecutiva, consiguió el pase a la final de la UEFA Europa League. Su racha goleadora en el Atlético siguió en pie y, de nuevo, Falcao fue importante para su equipo en el partido que los enfrentó al Real Betis en el Estadio Benito Villamarín. En un encuentro en el que Atlético empezó ganando y a falta de 5 minutos para el final el Betis remontó el marcador para poner 2-1 en desventaja al clubcolchonero, luego, García anotó de cabeza en tiempo de reposición el importante gol que les dio el sufrido empate.
Después de dos partidos en los que no consiguió marcar goles, frente a Real Sociedad y Málaga, al Atlético le correspondió jugar la final de laUEFA Europa League 2011-12. De esta forma, el 9 de mayo de 2012, el equipo colchonero, se enfrentó al Athletic Club por la final del campeonato. Falcao, al igual que en la final de la UEFA Europa League 2010-11, fue el mejor jugador del partido anotando por dos ocasiones en un partido que finalizó 3-0 a favor del Atlético de Madrid que se consagró campeón del torneo. Con estos dos goles, además, Falcao se convirtió en el jugador del Atlético que más goles anotó en la UEFA Europa League, y el goleador de la competición.
El último partido de Falcao en la temporada lo jugó el 13 de mayo, frente al Villarreal CF, en El Madrigal, válido por la jornada 38 de la Liga Española. El juego finalizó 0-1 a favor del Atlético, con un agónico gol de Radamel que, tras un tiro de esquina, remató de cabeza al minuto 88'; a su vez, con tal resultado se selló el descenso del Villarreal CF a la Liga Adelante 2012-13. Con este último gol frente al Villarreal, Radamel sumó un total de 36 goles durante toda la temporada 2011-12 con el Atlético de Madrid..
Clasificación para la copa mundial de 2014
