De sidste år af Cervantes liv boede han i Madrid og her udgav han en del værker. Hans forfatterskab tæller blandt andet La Galatea fra 1585. en hyrderoman der siges ikke at være synderlig original. Han skrev også både lyrik og drama. Hans bedste drama regnes for at være Pedro de Urdemalas udgivet i 1615. Hans komedier regnes ikke for meget, men hans mellemstykker er ses derimod som nogle af de bedste indenfor spansk teater, her kan nævnes for eksempel El retablo de las maravillas, La cueva de Salamanca og El juez de los divorcios – sidstenævnte kom på dansk i 1979 som Tre enaktere.

Cervantes idylliserede naturen og følelserne, selvom den slags ikke var så populært, han nægtede dog at svigte sine idealer og fascination af førnævnte. Netop splittelsen mellem ideal og virkelighed viser sig i hans litterære gennembrud, El ingenioso hidalgo Don Quixote de la Mancha fortællingen om ridderen Don Quijote i 1605 – andet bind fulgte i 1615. Gennembrudsromanen blev udgivet på dansk som Den sindrige Herremands Don Quixote af Mancha Levnet og Bedrifter for første gang i 1776-77, og i 1998 som Den sindrige ridder don Quixote de la Mancha. Cervantes blev en succesfuld forfatter efter udgivelsen.

Læseren følger i de to bind ridderen Don Quixote i forskellige scenarier, ofte i selskab med den gamle vakkelvorne krikke Rozinante og sin tro væbner Sancho Panza. Sammen forestiller og bekæmper de alverdens fjender – til læserens store morskab er disse såkaldte fjender for eksempel vindmøller, væddere i flokke og købmænd – alt dette for at Quixote kan vinde den fagre Dulcineas beundring. Indimellem dette føres læseren tilbage til datiden, i form af varierende genrer. Første del af Don Quixote er klart en parodi på ridderromanen, mens andel del er helt anderledes – her overvinder Quixote efterhånden sin vanvittige opførsel.

Der gik ti år mellem de to Don Quixote-bind, i denne melllemliggende periode udgav Cervantes Novelas Ejemplares fra 1613, de kom på dansk i 1780-81 som Lærerige Fortællinger og var noveller i en mere moderne stil. Inden sin død nåede Cervantes at færdiggøre den posthumt udgivne Los trabajos de Persiles y Sigismunda. En roman der havde fjernet sig noget fra tonen hos Don Quixote.

Cervantes forfatterskab var gået fra renæssance idealisme over til barokkens desillusionering og anses i dag for et af højdepunkterne i spansk litteraturhistoirie og generelt i verdenslitteraturen. Man anser fortællingen om Don Quixote for at være verdens første moderne roman – og langt de fleste har hørt om Don Quixote, hans hest Rozinante og kampen mod vindmøllerne.