Podstawowym zawodnikiem Valencii stał się w połowie grudnia 2007 roku. W sezonach 2008/2009 i 2009/2010 regularnie występował w rozgrywkach Pucharu UEFA/Ligi Europy, natomiast w sezonie 2010/2011 rozegrał siedem meczów i zdobył jednego gola (z rzutu karnego w meczu fazy grupowej z tureckim Bursasporem) w Lidze Mistrzów.
21 sierpnia 2011 roku Chelsea porozumiała się z Valencią w sprawie transferu Maty. Trzy dni później Hiszpan został zawodnikiem londyńskiego klubu, podpisując z nim pięcioletni kontrakt. W nowym zespole zadebiutował 27 sierpnia w wygranym 3:1 meczu z Norwich City, w którym strzelił jednego z trzech goli dla swojej drużyny. W sezonie 2011/2012 wraz z Chelsea zdobył puchar Anglii, wygrał również Ligę Mistrzów – w spotkaniu finałowym z Bayernem Monachium wystąpił w podstawowym składzie, a w serii rzutów karnych nie zdobył bramki (Manuel Neuer obronił). 17 maja 2013 roku został wybrany piłkarzem sezonu w Chelsea według kibiców. W sezonie 2013/14 po przyjściu do klubu nowego trenera – Jose Mourinho, Mata zasiadł na ławce rezerwowych. Nie wystąpił w Superpucharze Europy w meczu z Bayernem, a jego drużyna uległa w rzutach karnych. Dopiero po kilku meczach portugalski szkoleniowiec dał zagrać w podstawowym składzie The Blues.