Sezon 2010/2011
Torres, do klubu ze Stamford Bridge przeszedł w zimowym oknie transferowym (końcówka stycznia 2011), za szóstą w historii futbolu najwyższą kwotę - 58,5 mln euro (Real Madryt zapłacił 94 mln euro za Cristiano Ronaldo, 73,5 mln za Zinedine Zidane'a, FC Barcelona 69,5 mln za Ibrahimovicia oraz Real 65 mln za Kakę i 60 mln za Figo). Pierwszą bramkę dla Chelsea zdobył w dziesiątym meczu w Premier League dla tego klubu. Był to wygrany 3-0 mecz z West Ham United. Do końca sezonu Hiszpan nie strzelił już bramki i sezon zakończył z 14 spotkaniami i jedną bramką.
Sezon 2011/2012
Torres zaczął sezon jako podstawowy gracz. Jednak jego niemoc strzelecka zmusiła nowego trenera klubu André Villas-Boasa na odesłanie go na ławkę rezerwowych. Pierwszą bramkę w sezonie ligowym zdobył w meczu z Manchesterem United. Swój dorobek o gola powiększył w następnym spotkaniu z Swansea. W tym samym spotkaniu obejrzał czerwoną kartkę. 19 października 2011 zdobył dwa gole w Lidze Mistrzów przeciwko Racingowi Genk. Kolejne miesiące były dla Torresa fatalne. Przez ponad 5 miesięcy nie trafił do siatki rywala. Na jego kolejną bramkę trzeba było czekać do 18 marca 2012 roku. El Nino zdobył wtedy dwa gole w Pucharze Anglii w meczu z Leicester City. 31 marca 2012 zdobył swoją trzecią bramkę w sezonie ligowym w meczu z Aston Villa. 24 kwietnia podczas drugiego, półfinałowego meczu Ligi Mistrzów z FC Barceloną strzelił bramkę na 2:2, czym ostatecznie przypieczętował awans The Blues do finału Ligi Mistrzów. W pierwszym meczu półfinałowym Chelsea wygrała na swoim stadionie 1:0. Pięć dni później Fernando ustrzelił hat-tricka, grając przeciwko ligowemu rywalowi Queens Park Rangers F.C.. 19 maja wygrał z klubem Ligę Mistrzów, pokonując po rzutach karnych Bayern Monachium. Torres wszedł na boisko w 85. minucie zmieniając Salomona Kalou, (wywalczył rzut rożny po którym padła bramka na 1:1).
Sezon 2012/2013
Sezon dla Chelsea rozpoczął się meczem o Tarczę Wspólnoty z Manchesterem City. Torres zdobył w nim gola, jednak The Blues przegrali 2:3. W Premier League 'El Nino' zaczął strzelanie w 2 kolejce z Reading, a w 3 kolejce dołożył gola z Newcastle. 25 września Torres zdobył gola przeciwko Wolverhampton w pucharze Ligi Angielskiej a jego Chelsea wygrała 6:0. W 6. kolejce Premier League Chelsea wygrała z Arsenalem 2:1, a jedną z dwóch bramek w tym meczu zdobył Torres. Siódma kolejka w sezonie to kolejne trafienie Torresa, tym razem otworzył on wynik spotkania z Norwich City.Chelsea odpadła z LM a Torres zakończył te rozgrywki z 3 trafieniami .The Blues awansowali jednak do Ligi Europejskiej. 8 Grudnia Torres zdobył 2 gole w zwycięskim meczu w Premier League z Sunderlandem. Chelsea grała również w Klubowych Mistrzostwach Świata .13 Grudnia w półfinale Chelsea wygrała 3:1 z Monterrey a jednego z trzech goli zdobył El Nino. W finale Chelsea uległa jednak Corinthians 0:1. 19 Grudnia w Pucharze Ligi Angielskiej Torres znowu zdobył gola , tym razem przeciwko Leeds United . Hiszpan zakończył rogrywki z 8 bramkami w lidze i 23 we wszystkich rozgrywkach, co uczyniło go najlepszym strzelcem Chelsea w sezonie 2012/2013.