Sezon 2023/24: Decydujący wkład w La Liga, powrót do zdrowia po kontuzji, przedłużenie kontraktu i drugie trofeum Ligi Mistrzów W dniu 19 sierpnia 2023 r. Vinícius strzelił decydującego gola w meczu La Liga przeciwko Almerii, przyczyniając się do zwycięstwa Realu Madryt wraz z kolegą z drużyny Jude'em Bellinghamem, który strzelił poprzednie dwie bramki.
W dniu 3 października zdobył swojego pierwszego gola w Lidze Mistrzów w tym sezonie, zdobywając wyrównanie 1:1 w wyjazdowym meczu Madrytu z Napoli, który ostatecznie zakończył się wygraną 3-2.
Real Madryt ogłosił 31 października 2023 r., że przedłużył kontrakt Viníciusa do 30 czerwca 2027 r.
14 stycznia 2024 r. strzelił hat-tricka w zwycięstwie 4:1 nad Barceloną w finale Supercopa de España. 30 kwietnia strzelił bramkę w wyjazdowym remisie 2:2 z Bayernem Monachium w pierwszym meczu półfinałowym Ligi Mistrzów; w ten sposób udało mu się strzelić bramkę w tej rundzie trzeci sezon z rzędu, oprócz osiągnięcia co najmniej 20 bramek we wszystkich rozgrywkach trzeci sezon z rzędu.