| 20. Round | 31/01/2024 | Atlético Madrid | - | Rayo Vallecano | 2:1 | ||||
| 23. Round | 05/02/2024 | Rayo Vallecano | - | Sevilla FC | 1:2 |  |
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| 25. Round | 18/02/2024 | Rayo Vallecano | - | Real Madrid | 1:1 | ||||
| 26. Round | 26/02/2024 | Girona FC | - | Rayo Vallecano | 3:0 | |
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| 27. Round | 02/03/2024 | Rayo Vallecano | - | Cádiz CF | 1:1 | |
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| 28. Round | 10/03/2024 | CD Alavés | - | Rayo Vallecano | 1:0 | ||||
| 30. Round | 31/03/2024 | RC Celta | - | Rayo Vallecano | 0:0 | ||||
| 31. Round | 13/04/2024 | Rayo Vallecano | - | Getafe CF | 0:0 | ||||
| 32. Round | 20/04/2024 | Rayo Vallecano | - | CA Osasuna | 2:1 | ||||
| 33. Round | 28/04/2024 | Villarreal CF | - | Rayo Vallecano | 3:0 | ||||
| 34. Round | 05/05/2024 | Rayo Vallecano | - | UD Almería | 0:1 | ||||
| 35. Round | 12/05/2024 | Valencia CF | - | Rayo Vallecano | 0:0 | ||||
| 36. Round | 15/05/2024 | Rayo Vallecano | - | Granada CF | 2:1 | ||||
| 37. Round | 19/05/2024 | FC Barcelona | - | Rayo Vallecano | 3:0 | ||||
| 38. Round | 25/05/2024 | Rayo Vallecano | - | Athletic Club | 0:1 | |
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