Latem 2013 Mitrović przeszedł do rezerw Benfiki. 15 września 2013 zadebiutował w nich w Segunda Liga w domowym meczu z Leixões SC (5:1). Pół roku później trafił na wypożyczenie do Realu Valladolid. 25 stycznia 2014 zadebiutował w Realu w Primera División w wygranym 1:0 domowym meczu z Villarrealem. W sezonie 2013/2014 spadł z Valladolidem do Segunda División.
W 2014 roku Mitrović został zawodnikiem SC Freiburg. Swój debiut we Freiburgu zanotował 4 października 2014 w wyjazdowym spotkaniu z Werderem Brema. W sezonie 2014/2015 Freiburg został zdegradowany do 2. Bundesligi.
Latem 2015 roku Mitrović został wypożyczony do KAA Gent. W klubie tym swój debiut zaliczył 12 września 2015 w zremisowanym 1:1 wyjazdowym meczu z SV Zulte Waregem. W lipcu 2016 został wykupiony przez Gent za kwotę 1,5 miliona euro.
W lipcu 2018 Mitrović odszedł z Gent do RC Strasbourg za 3 miliony euro. Zadebiutował w nim 12 sierpnia 2018 w wygranym 2:0 wyjazdowym spotkaniu z Girondins Bordeaux. W Strasbourgu występował przez trzy sezony.
Latem 2021 Mitrović został zawodnikiem Getafe CF, które zapłaciło za niego milion euro. W Getafe swój debiut zaliczył 13 sierpnia 2021 w przegranym 0:1 wyjazowym meczu z Valencią.