10 September berikutnya, Fermin melakukan debut resminya bersama Barça Atlètic setelah mendapat izin Xavi bermain untuk mereka.

Dia dikeluarkan dari lapangan setelah menerima kartu kuning kedua dalam kekalahan tandang 1-0 Gimnàstic de Tarragona.

López kemudian kembali ke tim utama dan melakukan debutnya di Liga Champions UEFA pada 19 September, keluar dari bangku cadangan untuk menggantikan Gavi pada menit ke-58 dalam kemenangan kandang 5-0 atas Royal Antwerp di babak penyisihan grup kompetisi.

Seminggu kemudian, dalam pertandingan tandang melawan Mallorca, ia mencetak gol pertamanya untuk Barcelona dan gol pertamanya di La Liga: setelah masuk sebagai pemain pengganti pada menit ke-64, saat Barca kalah 2-1, ia mencetak gol penyeimbang pada menit ke-75. menetapkan skor akhir pada 2–2.

Pada tanggal 25 Oktober 2023, López mencetak gol pada start pertamanya di Liga Champions dalam kemenangan 2-1 atas Shakhtar Donetsk,[12] di mana ia juga dinobatkan sebagai pemain terbaik pertandingan tersebut.

Pada 31 Oktober 2024, López memperpanjang kontraknya dengan Barcelona hingga 2029.

Pada 6 November 2024, López mencetak gol dalam kemenangan 2–5 atas Crvena Zvezda di Liga Champions UEFA.(*)