Atlético de Madrid lo fichó con 17 años. Tuvo que vivir varias cesiones antes de demostrar que estaba listo para competir seriamente en el equipo absoluto del club capitalino. Se marchó, volvió, luchó y comenzó a destacar. Le tocó un préstamo más, pero nunca dejó de combatir. Entre 2012 y 2014, después varios cursos pelándola, vino su momento en el Atleti. Sus mejores temporadas.
Luego de brillar y convertirse en referente del elenco colchonero, llegó la oportunidad de probar el fútbol inglés, y no la dejó escapar. En sus tres temporadas en Chelsea dejó huella. Y, como su relación con los atléticos siempre fue positiva, tuvo la chance de regresar. El protagonismo no fue el mismo, pero tuvo sus episodios de gloria, como aquella imperial actuación ante Real Madrid en la Supercopa de Europa 2018.
Entre lesiones y el arribo de otros atacantes, fue perdiendo protagonismo. Sabía que lo mejor para él y para la entidad era separarse. Por eso, a 6 meses de la finalización de su contrato, optó por rescindir.
Antes de que se anuncie el próximo paso en su carrera, Diego Costa quiso despedirse del club y de la afición que tanto lo dio. Lo hizo con una emotiva carta que compartió en sus plataformas digitales.