El 13 de julio de 2021 se hizo oficial el fichaje de Fran García por el Rayo Vallecano procedente del Real Madrid. La temporada 2020-2021 militó en el equipo de Iraola en calidad de cedido, pero no fue hasta hace un año cuando el Rayo se quedó al jugador en propiedad, comprando el 50% de sus derechos.
La temporada 2021-2022 de Fran ha sido de sobresaliente. El lateral zurdo ha cuajado muy buenos encuentros durante toda la temporada. La primera mitad del curso fue una de las piezas claves para que el equipo hiciera una de las mejores primeras vueltas de su historia.
Fran ha jugado un total de 34 partidos de Liga, llegando a ser hasta enero uno de los jugadores con más minutos disputados de la plantilla. En los 34 encuentros que ha disputado, ha marcado 1 gol y ha repartido 4 asistencias.
La gran temporada del equipo en Copa del Rey, llegando a semifinales 40 años después, también ha tenido de protagonista al lateral de Bolaños de Calatrava, disputando 5 encuentros y repartiendo 1 asistencia.
Su alto rendimiento durante toda la temporada provocaron la atracción de grandes clubes de Primera División, entre ellos el Real Madrid, equipo que tiene el 50% de sus derechos. El equipo de Carlo Ancelotti tanteó su posible retorno al club blanco, pero finalmente parece que se quedará un año más en Vallecas.