En diciembre de 2006, fue traspasado en 12 millones de euros al Real Madrid en el que logró tres ligas españolas, una Copa del Rey y dos Supercopa de España. El 26 de agosto, Tévez anotó su tercer gol en tres partidos en un empate 2-2 con el Liverpool, donde consiguió su gol número 100 en el fútbol Inglés. A la semana siguiente todo se solucionó luego de un convencimiento por parte de Roberto Mancini y por su compañero y compatriota Pablo Zabaleta, además de la intervención de Brian Marwood, ejecutivo de la Administración de Fútbol del club. Debutó el 29 de octubre de 1997, en un encuentro válido por las eliminatorias para la Copa Mundial de Fútbol de 1998 ante la selección de Rusia que finalizó con marcador de 1-1 de visitante. Tévez re-debutó el 21 de marzo de 2012 en un encuentro frente al Chelsea, ingresando a los 66 minutos con su equipo perdiendo 1 a 0, formó parte del penal cobrado a favor del City, que le dio el empate al conjunto de Mánchester.
En este segundo ciclo debutó oficialmente el 18 de julio contra Quilmes por la fecha 17 del Campeonato Argentino 2015. El encuentro se disputó en La Bombonera y Boca ganaría el partido por un resultado de 2 a 1. A pesar de no haber marcado, hizo un buen partido y demostró grandes cualidades futbolísticas. El 13 de mayo de 2012 consigue su tercer Premier League con el Manchester City, logrando así un récord inédito para un jugador argentino, ya que además de ser el único futbolista de esa nacionalidad en ganar dicha cantidad de ligas, se convirtió en el primero en conseguir alzarse con este trofeo con dos equipos diferentes. El 5 de mayo se jugó el partido de ida de la semifinal contra el Real Madrid, donde la Juventus ganó 2 a 1 con un gol de Tévez de penal. Luego de perderse la semifinal contra el Manchester United, debido a una lesión en el muslo, el 14 de mayo de 2011, se consagró campeón de la FA Cup 2010-11, luego de la victoria 1-0 sobre el Stoke City. La temporada 2012/13 fue la última en el club, donde consiguió una Premier League, una FA Cup y una Community Shield.
La temporada siguiente comenzó con la obtención de la Community Shield 2012 el 12 de agosto, ganándole 3-2 al Chelsea, supervigo que contribuyó con un gol. La primera vez que llegué al Milán me hicieron feliz. Su nueva primera equipación ha sido diseñada por Umbro en color granate con mangas en azul claro. Luego en el partido de vuelta disputado el 13 de mayo, la Juventus conseguiría empatar 1 a 1 y con un global de 3 a 2 llegaría después de 12 años a una nueva final de la Champions League. El 19 de mayo, el cuadro catalán disputó su último partido de la temporada en la Liga Española con un empate en su visita al S. D. Eibar por marcador de 2-2, con doblete de Lionel Messi. Aquel partido fue el último de Carlos con la camiseta de la Juve. A Tévez se le adjudicó el dorsal número 10 que estaba vacante tras el retiro de Alessandro Del Piero, un gran referente del club; sin embargo Tévez declaró «Usé la 10 de Maradona en Boca, el número no es un problema» y al poco tiempo, incluso sin haber debutado, pasó a ser la camiseta más vendida del país en más de un 70% sobre el total de las compras.