A venda dos terrenos de O’Donnell para a construção de moradias fez com que o Real Madrid precisasse buscar um novo estádio. Em 1923, o Velódromo da Cidade Lineal se tornou a melhor opção para o momento. Seu designer, Arturo Soria, fez adaptações para que pudesse ser utilizado para a prática do futebol. Foi o primeiro campo com gramado natural e tinha capacidade para 8.000 espectadores. No entanto, apesar da sua amplitude e conforto, as dificuldades de acesso fizeram com que o clube buscasse outra solução. Apenas um ano depois, o Real Madrid deixaria Cidade Lineal para construir Chamartín.

Após conquistar o título da Região Centro em 1923, o Real Madrid decidiu encarar o desafio de construir um novo estádio. Um ano depois, nasceu o Velho Chamartín, um estádio histórico com capacidade para 15.000 espectadores. A inauguração aconteceu com uma vitória apertada sobre o temido Newcastle, da Inglaterra, por 3 a 2.

Esse novo coliseu foi idealizado por Carlos López-Quesada, ex-jogador e dirigente do clube em várias ocasiões. Já a direção das obras ficou a cargo de José María Castell, cujo projeto previa a construção de uma tribuna coberta com 4.000 assentos, oferecendo inovações e maior conforto ao público. O nome do estádio gerou certa polêmica. Algumas pessoas queriam chamá-lo de "Parque de Sports do Real Madrid", enquanto a maioria preferia "Campo do Real Madrid Fútbol Club". No fim, foram os torcedores que passaram a chamá-lo de Chamartín. Apesar de nunca ter sido um nome oficial, foi assim que entrou para a história.

Com a Guerra Civil e o estado crítico em que o estádio ficou após o conflito, foi necessária uma grande reconstrução, que resultaria no nascimento do Novo Chamartín.