2005年の暑い夏、ラモスは2700万ユーロという史上最高額でレアル・マドリードに移籍し、フロレンティーノ会長就任後、初のスペイン人国産選手となった。当時、この金額はスペイン人DFの移籍市場の天井であり、ラモスはまだ19歳だった。ベルナベウに足を踏み入れたラモスは、伝説のキャプテン、イエロから4番のジャージを大いなる野心とともに引き継いだ。最初のシーズンは、センターバックのポジションに戻ったが、メッツェルダーとペペの加入により、右サイドバックに移った。
右サイドバックというポジションは、ラモスの攻撃的な才能をフルに生かしたが、守備のミスは頻発した。レアル・マドリードでの最初の4年間は、20ゴールを挙げたことでファンの記憶に残ったが、同時に彼のミスも心配された。スペイン国内でのダービーでは、ラモスはジュニオールに騙され、「ボアテングの悲劇」まで繰り返した。そのパフォーマンスと2700万ユーロという値段が合わず、ラモスは中国のファンから「水物」と呼ばれたこともある。
モウリーニョの登場がすべてを変えた。カルバーリョが負傷し、アヴェロアが加入し、ラモスがセンターバックのポジションに戻ったのだ。ディフェンスの中央でやや毛むくじゃらになることもあったが、彼のフィジカルの強さによって、多くの相手の攻撃を防ぐことができた。攻撃面では、特にヘディングシュートにおいて、彼の能力は最大限に発揮された。
しかし、モウリーニョとラモスは最終的に対立し、二人の関係は破綻した。カンプ・ノウでの0-5の敗戦の際、ラモスはリオネル・メッシへのファウルで退場処分を受け、モウリーニョは謝罪することを許さなかった。コパ・デル・レイの別の試合では、モウリーニョがラモスのミスを責めると、ラモスはモウリーニョの痛いところを突いて言い返した。
モウリーニョの退任後、ラモスとカシージャスは「反モウリーニョ」陣営の中心人物となり、2013年にモウリーニョがチェルシーに復帰すると、ラモスとカシージャスは新監督カルロ・アンチェロッティの下で再び先発メンバーに名を連ねた。ラモスは今でもモウリーニョに恨みを抱いているが、「彼から最も多くを学んだ」とインタビューで答えている。ジダンが去った後、フロレンティーノはモウリーニョの後任を検討したが、ラモスは反対し、結局アンチェロッティが復帰した。
2005年から2010年まで、レアル・マドリードは6年連続でチャンピオンズリーグのベスト16止まりだった。ジョゼ・モウリーニョの時代には、チームはベスト16に入ったものの、2度準決勝で止まった。カルロ・アンチェロッティが指揮を執るまで、レアル・マドリードは12年ぶりにチャンピオンズリーグのトロフィーを再び手にし、ラモスは彼のキャリアで最も輝かしい「9248年」を迎えた。
2013-2014チャンピオンズリーグ決勝で、レアル・マドリードはリスボンのスタジアム・オブ・ライトでアトレティコ・マドリードと対戦した。前半、ゴディンがカシージャスのミスをついてゴールを決めた。後半ロスタイム、ラモスは92分と48秒にヘディングシュートを決め、レアル・マドリードが同点に追いつき、最終的に4-1で勝利し、10度目のチャンピオンズリーグのトロフィーを手にした。このゴールにより、ラモスは "ウォーターグッズ "から "ウォーターマスター "となった。
"9248タイム "は、レアル・マドリードのクラシックな瞬間のひとつとなった。ラモスによると、このゴールには多くの走り、ジャンプ、シュート、GKが必要で、モドリッチのパスは素晴らしかったという。彼は動くことで自分をカバーし、最終的にゴディンが届かなかったときにゴールを決めた。
「レアル・マドリードのDNAである、最後まで戦い抜くこと。たとえ1分でも1秒でもチャンスがあれば、必ずできると確信している"
2015年にはカルロ・アンチェロッティが解任され、チームは混乱に陥った。ジダンが監督に就任した後、レアル・マドリードはチャンピオンズリーグ3連覇を達成し、ラモスが再び主役となった。2017-2018シーズンのチャンピオンズリーグ決勝で、ラモスはスクランブルの中でサラーに怪我を負わせ、主審はイエローカードを出さなかったものの、彼の行為はファンの間で物議を醸した。
リーガ・エスパニョーラ、さらにはヨーロッパのトップ5リーグにおける最多レッドカード記録保持者であるラモスには、人々の心に深く根を下ろした険しい悪役のイメージがある。おそらく、そのイメージは永遠に彼の中に残るだろう。
