En la jornada 11, Vela consiguió un gol para encaminar al Real Sociedad a un triunfo como visitante por 1-2 sobre el Málaga CF. El 22 de octubre en la jornada 9 de La Liga, tiene una gran actuación ante el Deportivo Alavés, además de lograr su tercer gol del torneo. El 1 de diciembre le dio una asistencia de gol a Antoine Griezmann en la victoria de la Real Sociedad por 1-2 a domicilio ante el RCD Español en el Estadio Cornellá-El Prat. El 20 de diciembre vuelve a anotar el primer tanto en la victoria de la Real 2-1 ante el Sevilla FC, tras una bonita jugada entre él, Xabi Prieto y Antoine Griezmann. Debutó el 16 de septiembre en el torneo de la Copa Mundial de Fútbol Sub-17 de 2005 ante la selección de Uruguay marcando su primer gol del torneo en el minuto 47 tras una jugada personal. El sábado 19 de abril anota un gol en el último minuto que le sirve a su equipo para conseguir la victoria por 2-1 ante el RCD Español tras una gran jugada personal. El 5 de julio del 2009 Carlos debutó en el torneo ante la selección de Nicaragua pero salió de cambio al minuto 10 por causa de una lesión en el tobillo derecho.
El 31 de enero, en la visita al Santiago Bernabéu, Vela tuvo que ser sustituido en el minuto 17 por Imanol Agirretxe, debido a molestias en la rodilla. Pese a fallar su primer penal en Liga con la Real (se lo atajó Diego Alves), el mexicano volvió a ser considerado el mejor del partido, nueva equipacion real madrid gracias a sus dos asistencias de gol. El 21 de septiembre de 2016 anota su primer gol de la temporada, al cobrar correctamente un penal en la jornada 5 de La Liga, ante Las Palmas. Logra su segunda anotación de la temporada, el 30 de septiembre ante el Real Betis. El 12 de septiembre de 2007 debutó con la selección mayor en un amistoso contra la Selección de Brasil, entrando de cambio en el segundo tiempo. El 3 de febrero de 2013, anotó el segundo gol de la Real de los tres que su equipo le endosó al RCD Mallorca. El 26 de julio de 2009 ingresó de cambio en el segundo tiempo en la final ante Estados Unidos en donde fue autor de un gol en la goleada 5-0, logrando ser campeón del torneo. Vela llegaría a la cifra de los 10 goles, tras marcar ante el Levante UD de penalti en el empate a un gol de ambos equipos.
El 1 de diciembre de 2012, Vela anota el último tanto de la Real Sociedad (de penalti) en la goleada por 2-5 de estos ante el Valencia CF en el estadio de Mestalla. El 11 de enero, anota su primer tanto del 2015 (de penalti) en un empate a uno ante el Granada C.F. Después de dos meses sin ver puerta, el mexicano le anota un gol en la victoria por 2-1 al Granada C.F. Para despedir un año magnífico, tanto a nivel individual como a nivel colectivo, Vela en su partido número cien con la Real, marcó un doblete en la victoria por 1-3 ante el Granada CF en el Estadio Nuevo Los Cármenes. La Federación de Fútbol de México sancionó a Vela seis meses sin participar en su selección, por una supuesta fiesta después de un partido amistoso ante Colombia, en la que habrían participado varios de los seleccionados, incluido él. Una semana después vuelve a anotar el único gol de penalti (provocado por él mismo) que le da la victoria a su equipo 0-1 ante un descendido Real Betis en el Benito Villamarín.
Anotó un gran gol en el partido de ida disputado en Anoeta ante el Racing de Santander, de los cuartos de final de la Copa del Rey que acabó con marcador de 3-1 favorable a los txuri-urdin. El 12 de junio de 2015 Carlos Vela fue incluido en la lista preliminar de los 23 futbolistas convocados a disputar la Copa Oro 2015 realizada en los Estados Unidos. En 2009 fue convocado para disputar la Copa Oro. El 10 de octubre del 2009 Carlos Vela participó con el equipo mexicano en el duelo contra El Salvador, realizado en el Estadio Azteca, donde consigue un gol y una asistencia en la victoria 4-1 favorable a su selección. Sneijder, super vigo durante un partido con Holanda el pasado octubre. Una profesora falleció el pasado fin de semana en Alicante pocos minutos después de recibir la vacuna AstraZeneca contra el coronavirus. Dos semanas después también le daría una asistencia de gol al mismo jugador en la goleada por 5-1 al Real Betis en Anoeta. El 8 de agosto de 2017, la Real Sociedad anuncia que Carlos Vela será jugador de la nueva franquicia de la MLS. Comienza la temporada como titular indiscutible, aunque sin ofrecer ni mucho menos su mejor versión, y con constantes rumores sobre su posible marcha a la MLS de Estados Unidos para el mercado de invierno.
Tras la primera vuelta, el equipo prácticamente había conseguido el objetivo de la permanencia y en el mercado de invierno, el equipo apenas se refuerza. El Chelsea derrotó al Porto por 0-1 en el Estadio do Dragao, rey de camisetas con lo que se aseguraba la primera plaza del grupo con 13 puntos de 15 disputados. 88′:88′: Ancelotti agota los cambios y decide quitar a Sergio Ramos para que se lleve la ovación de todo el estadio. O que se perdieran aquellas finales de 2006 y 2007 ante el Real Estelí, el club con mejor palmarés en Nicaragua. Dos semanas después, volvió a tener una magnífica actuación en Anoeta ante el Valencia C.F. Reaparece el 22 de marzo en un partido ante el Córdoba C.F. El 31 de agosto marcó su primer gol de la temporada en la increíble remontada ante el Real Madrid en Anoeta (4:2) tras entrar como sustituto en la segunda parte del partido. Anotaría su tercer gol consecutivo de la temporada en el empate a 3 ante el Real Betis en Anoeta anotando el 1-2 que dio fruto a la remontada txuri-urdin, tras una gran volea con su pierna mala. Tras una pequeña sequía goleadora de más de un mes, esta se acabó el lunes 24 de marzo de 2014 tras trasnformar un penalti en la derrota por 4-3 ante la UD Almería en el Estadio Juegos del Mediterráneo.