Na półmetku rozgrywek Real Madryt pokonał FC Barcelonę 1:0, a sam Ramos znacznie przyczynił się do zwycięstwa i odskoku Katalończykom o siedem punktów.
W 2014 w Lizbonie wygrał po raz pierwszy w karierze Ligę Mistrzów. W finale Real Madryt pokonał po dogrywce Atletico Madryt 4:1. To właśnie dzięki bramce Hiszpana w doliczonym czasie drugiej połowy meczu Real zdołał wyrównać i doprowadził do dogrywki. Hiszpański dziennik Marca uznał Ramosa za najlepszego zawodnika lizbońskiego finału. W sezonie 2015/2016 został pierwszym kapitanem Realu Madryt.
3 czerwca 2017 wraz z Realem Madryt przeszedł do historii jako pierwsza drużyna, która obroniła tytuł i zwyciężyła w finale Ligi Mistrzów pokonując Juventus 4:1. W następnym sezonie ponownie obronił puchar Ligi Mistrzów zwyciężając z Liverpoolem 3:1. 3 listopada 2020 w wygranym meczu fazy grupowej Ligi Mistrzów z Interem wynikiem 3:2 zdobył swoją 100. bramkę dla Realu Madryt. 16 czerwca 2021 Real wydał oświadczenie, w którym ogłoszone zostało, że po 16 latach zawodnik opuści klub.
8 lipca 2021 ogłoszono przejście Ramosa do Paris Saint-Germain, z którym podpisał dwuletni kontrakt. Z powodu kontuzji we francuskim klubie zadebiutował 28 listopada w meczu z Saint-Étienne (3:1).