El seu ràpid progrés han fet que a la temporada 2009-10, encara amb el dorsal 27 pertanyent a l'equip filial, s'hagi consolidat al primer equip, despertant aviat l'interès d'altres clubs com el Sevilla FC[3] i el Reial Madrid.
Aviat va arribar a un acord per a fitxar pel club madrileny[4] abandonant així la possibilitat de recalar a algun equip de la lliga anglesa com el Manchester City FC o el Chelsea FC[5] o a altres equips europeus.[6]
L'acord es va fer oficial el 12 de febrer.[7] L'operació de traspàs al conjunt blanc se situa en uns cinc milions d'euros, dels quals la meitat és pel Deportivo de la Coruña, que tenia el 50% dels drets del jugador.[8] En l'operació, el jugador s'incorporà al club madrileny l'1 de juliol de 2010, fent la pretemporada 2010-11 amb el Real Madrid, durant la qual, José Mourinho va decidir que jugaria amb el club blanc durant la resta de la temporada,[9][10] descartant una possible cessió al Racing de Santander. Durant la temporada va gaudir de poques oportunitats al club, atès que tenia per davant a jugadors com Cristiano Ronaldo, Mesut Özil o Ricardo Kaká, això va despertar l'interès d'altres clubs com el Vila-real CF i el València CF per a aconseguir els serveis del jove jugador.[11] A finals del mes de juliol es va negociar la seva cessió a l'equip merengot,[12] cessió per dos anys amb opció de compra per part del València CF i de recompra per part del Reial Madrid.[13]
El 31 de gener de 2014 el València CF i la Reial Societat varen fer públic un acord pel traspàs de Canales, que fou contractat pels txuri-urdin per les següents quatre temporades i mitja, amb un contracte que acaba el 30 de juny de 2018.[14][15] El jugador va debutar el 5 de febrer en el partit d'anada de semifinals de Copa del Rei que va enfrontar la Reial Societat amb el FC Barcelona al Camp Nou (2:0). Ràpidament es guanyà un lloc com a titular a la mitjapunta de l'equip de Jagoba Arrasate. Anotà el seu primer gol amb els txuri-urdin el 12 d'abril en un empat 2:2 a domicili contra el RC Celta de Vigo. Una setmana després tornaria a marcar en una victòria per 2:1 davant el RCD Espanyol a Anoeta. Acabà la temporada amb un total de 17 partits jugats i 2 gols, essent una de les sensacions del conjunt basc des del seu fitxatge.