W lipcu 2015 roku Vallejo został kupiony przez Real Madryt, gdzie miał stać się filarem drużyny, ale nie udało mu się wykorzystać swojego wielkiego potencjału. We wszystkich rozgrywkach rozegrał tylko 35 spotkań dla Królewskich, głównie jako zmiennik. Zanotował jedną asystę.
Zdobył jednak jedenaście najważniejszych trofeów. Czterokrotnie cieszył się odpowiednio z Klubowego Mistrzostwa Świata i Pucharu Interkontynentalnego, dwa razy był częścią drużyny, która wygrała Ligę Mistrzów i Superpuchar Europy. Na swoim koncie ma również tytuły La Liga, Copa del Rey i Superpuchar Hiszpanii.
Vallejo zaliczył pięć wypożyczeń podczas swojego pobytu w stolicy Hiszpanii. Najpierw do Saragossy, później grał w niemieckim Frankfurcie, angielskim Wolverhampton i dwukrotnie w Granadzie. Były młodzieżowy reprezentant Hiszpanii wygrał zarówno EURO do lat 19, jak i do lat 21, a także zdobył srebro Igrzysk Olimpijskich 2020.
Vallejo przybywa teraz do Albacete, aby wzmocnić defensywę. Dziesiąta drużyna ubiegłego sezonu drugiej najwyższej ligi na Półwyspie Iberyjskim wychowała Andrésa Iniestę czy Fernando Morientesa na potrzeby wielkiego futbolu. W przeszłości grał dla nich także Keylor Navas.