Sezon 2009/2010 Sezon 2009/10 był najbardziej udanym i bogatym w sukcesy sezonem Atlético od 10 lat. Agüero po raz kolejny był wiodącą postacią w zespole. 3 listopada zdobył dwie bramki w zremisowanym 2:2 spotkaniu z Chelsea F.C. „Rojiblancos” odpadli z rozgrywek Champions League, dotarli natomiast do finału Ligi Europejskiej, który wygrali 2:1 z angielskim Fulham, dzięki dwóm bramkom zdobytym przez Diego Forlana. Kun asystował przy obydwu trafieniach Urugwajczyka. Sergio zanotował także dobry występ w 1/8 Ligi Europejskiej, strzelając dwa gole w rewanżowym spotkaniu przeciwko Sportingowi. Pomógł także Atlético w awansie do finału Copa Del Rey. Ostatecznie jego zespół przegrał finałowy mecz z Sevillą, 0:2. 27 sierpnia Atlético zdobyło Superpuchar Europy, pokonując w finale faworyzowany Inter Mediolan. Agüero zaliczył asystę przy golu Jose Antonio Reyesa, następnie pieczętując wygraną swojej drużyny, golem na 2:0.