Setelah kurang lebih tiga tahun berada di klub Barcelona B, Bartra akhirnya di promosikan untuk dapat bermain di klub utama Barcelona. Pada musim 2009-10 Bartra membuat debut bermainnya di Barcelona, kala itu ia menghadapi Atletico Madrid, ia masuk menggantikan Jeffren Suarez di babak kedua, pada pertandingan itu berakhir dengan kemenangan bagi Atletico Madrid dengan skor 2-1.
Gol pertamanya di Barcelona dicetak saat melawan Malaga di kompetisi La Liga, pertandingan tersebut berakhir dengan kemenangan bagi Barcelona dengna skor 3-1. Di Barcelona Bartra cukup banyak telah mendaptakan gelar juara, beberapa gelar juara telah ia rasakan. Tetapi meskipun demikian ia masih sedikit tidak senang karena ia jarang dimainkan oleh sang pelatih.
Bartra yang hanya menjadi pilihan ketiga bagi Enrique pada posisi pemain bertahan membuat pemain berkebangsaan Spanyol ini sulit untuk dapat menunjukan kemampuannya. Pada musim ini saja Bartra hanya tampil sebanyak 24 penampilan dan juga ia berhasil mencetak dua gol. Dikarenakan kurangnya waktu bermain, Bartra memutuskan untuk tinggalkan Barcelona pada akhir musim.
Kabar hengkangnya Bartra di Barcelona membuat beberapa klub tertarik untuk mendatangkannya. Klub asal Bundesliga Jerman, Borrusia Dortmund ingin memboyong Bartra pada jendela transfer akhir musim. Menurut kabar terbaru pihak Dortmund dan Barcelona telah sepakat dengan transfer Bartra.
Barcelona telah rela melepas salah satu pemain bertahannya itu ke Borrusia Dortmund. “FC Barcelona mendoakan yang terbaik bagi Bartra, semoga ia dapat sukses di Dortmund dan juga kami mengucapkan selamat tinggal bagi Bartra”pernyataan resmi Blaugrana.
Barta yang dibandrol sekitar 8 juta euro berhasil disanggupi oleh pihak Dortmund. Dortmund yang sejatinya memang sedang membutuhkan pemain bertahan, dikarenakan salah satu pemain bertahan terbaiknya Mats Hummels hijrah ke Munchen. Bartra yang didatangkan ke Signal Iduna Park diharapkan dapat memberikan kontribusi bagi tim.
“Barcelona merupakan klub yang saya idolakan sejak kecil, saya belajar banyak ketika berada disini. Saya juga telah mencicipi banyak gelar ketika berada di Barcelona. Tetapi ada tawaran yang ditawarkan kepada saya, saya pikir ini adalah peluang saya agar dapat lebih banyak bermain, ini adalah salah satu tantangan bagi saya dan saya harus mengambil peluang ini,” ucap Bartra.
Pada musim depan Bartra resmi berseragam Borrusia Dortmund tetapi mengenai kontraknya berapa lama, pihak Dortmund belum memberikan pernyataan mengenai perihal hal tersebut.