Pomimo utraty przez klub tytułu Benzema regularnie wpisywał się na listę strzelców, zdobywając swoją 15. i 16. bramkę w wygranym 3:1 wyjazdowym meczu z Olympique Marsylia. Ostatniego, 17. gola w sezonie strzelił 24 maja w zwycięskim 3:1 spotkaniu przeciwko SM Caen, zajmując tym samym trzecie miejsce w klasyfikacji najlepszych strzelców rozgrywek. Łącznie w sezonie strzelił 23 bramki (17 w lidze, 5 w Lidze Mistrzów i jedno trafienie w Pucharze Francji).
Real Madryt 1 lipca 2009 ogłoszono, że francuski klub doszedł do porozumienia w sprawie transferu Benzemy do Realu Madryt. Ustalona kwota, 35 milionów euro, w razie sukcesów hiszpańskiej drużyny może ulec zwiększeniu do 41 milionów euro. 9 lipca Francuz pomyślnie przeszedł testy medyczne i podpisał sześcioletni kontrakt z klubem. Późnym wieczorem tego samego dnia na Estadio Santiago Bernabéu został zaprezentowany jako nowy gracz Realu, zaś na prezentacji stawiło się 15 tysięcy osób. Po raz pierwszy w barwach klubu wystąpił 20 lipca w wygranym 1:0 meczu towarzyskim z Shamrock Rovers, zdobywając w 88. minucie zwycięską bramkę. 29 sierpnia rozegrał swój premierowy mecz w lidze, zakończony zwycięstwem Realu nad Deportivo La Coruña 3:2. W pierwszym sezonie w barwach „Królewskich” Francuz strzelił 9 goli dla Realu Madryt w oficjalnych rozgrywkach.