在巴塞罗那踢了三年2011年7月22日，巴塞罗那官网宣布球队正式签下桑切斯，合约期为5年。
巴萨官方还公布了转会费：巴萨将向乌迪内斯支付2600万欧元首付，并且根据桑切斯加盟后的出场，以及夺冠情况再酌情追加最高为1150万欧元的浮动转会费。阿莱克西斯·桑切斯2011-12赛季，巴塞罗那在西甲首轮比赛中主场迎战比利亚雷亚尔，在时任主教练何塞普·瓜迪奥拉的率领下，巴塞罗那以5比0的比分赢得了一场令人难以置信的大胜。在那场比赛中，桑切斯首发登场，并且在下半场完成了自己的西甲处子进球。
2012-13赛季，桑切斯继续在巴塞罗那效力，整个赛季共为球队出场29次，并且贡献了8粒进球，帮助巴塞罗那在西甲联赛上夺冠。
2014年1月5日，在对阵埃尔切的比赛中，桑切斯一人打进了三粒进球，上演帽子戏法，并且帮助巴塞罗那4比0大获全胜。整个2013-14赛季，桑切斯在西甲赛场上出场34次，其中27场担任首发，打入19球，并贡献了10次助攻，平均每150分钟才打入一粒进球，但这也是桑切斯在加盟巴萨3年中最为出彩的一年。在巴塞罗那效力的3年里，桑切斯一共出场88次、打入47粒进球、完成34次助攻，在这里获得了1次西甲冠军、1次国王杯冠军、1次欧洲超级杯冠军和1次世俱杯冠军。
