La Real Sociedad se hizo con los servicios de Carlos Fernández en el mercado de invierno 2021. El de Castilleja de Guzmán llegó a Donostia procedente del Sevilla FC a cambio de 10 millones de euros más otros dos en variables, y se convirtió en el cuarto fichaje más caro de la historia txuri urdin.
Le dio tiempo a estar en la final de la Copa del Rey conquistada ante el Athletic Club en La Cartuja y a ser parte del equipo que logró la clasificación por segunda temporada consecutiva para la UEFA Europa League. Participó en once partidos desde su llegada en enero en los que sumó 385 minutos y un gol. Algunos problemas musculares le privaron de tener mayor presencia en el equipo. Tras sus cesiones en el Deportivo y Granada CF ambas con buenas cifras dio el saltó a la Real Sociedad con la idea de convertirse en un jugador importante tras firmar hasta 2027.
Los primeros meses le sirvieron para adaptarse al equipo, a la exigencia de Imanol Alguacil y a la idea de juego. La pasada temporada, la 21-22, se la tomaba como muy importante en su carrera deportiva, clave. "Me considero un jugador pasional, intenso en sus acciones, y eso creo que es una cualidad. Siento y vivo el fútbol de esa manera, no lo puedo evitar. Siempre intento dar la mejor versión de mí mismo para el equipo", dijo Carlos Fernández en abril de 2021 en una entrevista con ElDesmarque Gipuzkoa.
Todo cambió en la pasada pretemporada. En un amistoso de finales de julio contra el SD Eibar el sevillano se lesionó y se confirmaron los peores presagios: rotura de ligamento cruzado de su rodilla derecha. La lesión le ha mantenido en el dique seco toda la temporada pese a que en febrero volvió a entrenar con el grupo. Pero el jugador está recuperado y será uno más a las órdenes de Imanol Alguacil el próximo 7 de julio, fecha de inicio de la pretemporada txuri urdin: "Entendemos que Carlos va a venir como un cañón, y estará desde el primer día estará", dijo Roberto Olabe en su comparecencia con los medios de hace un par de semanas.
Ahora tiene de nuevo por delante esa temporada que tanto esperaba para reivindicarse. Tendrá a Isak de pareja de ataque, con quien ya jugó en 2021, y todo apunta a que también le acompañará el atacante del Anger, Mohamed Ali Cho.