Sezon 2012/13 rozpoczął się dla Arbeloy w doskonałym stylu, gdyż defensor Realu wraz z parterami z drużyny zdobył Superpuchar Hiszpanii, w ogólnym rozrachunku okazując się lepszym od piłkarzy FC Barcelony. W sezonie 2013-14 stracił miejsce w podstawowym składzie na prawej obronie za sprawą transferu Daniego Carvajala jednak dzięki wszechstronności nadal był ważnym członkiem drużyny, która sięgnęła po 10 w historii klubu tytuł Ligi Mistrzów, Superpuchar Europy (rezerwowy) oraz Klubowe Mistrzostwa Świata. W sezonie 2014-15 do klubu dołączył kolejny prawy obrońca, Danilo, a Alvaro przegrał rywalizację także z Nacho. Był to ostatni sezon w Realu Madryt 33-letniego zawodnika. Pożegnalny mecz na Estadio Santiago Bernabéu rozegrał 8 maja 2016 r. wchodząc na boisko w 79 minucie. Założył opaskę kapitana, a Real zwyciężył 3:2 nad Valencią. Kibice zgotowali mu owację na stojąco i przygotowali specjalną oprawę. Po meczu koledzy z drużyny podrzucali go na rękach.
31 sierpnia 2016 przeszedł do angielskiego West Hamu, rozegrał w nim trzy ligowe mecze i jeden w EFL Cup. W tym samym sezonie doznał kontuzji urazu nogi i początkiem lipca 2017 roku zakończył piłkarską karierę.