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Para la temporada 2010-11 Adán fue promovido como segundo guardamenta del primer equipo del Real Madrid Mejías pasó a tener más continuidad aunque alternándola con Jesús Fernández (que para ese entonces era el tercer guardameta del Madrid en la liga española). Aunque su debut con el primer equipo del Real Madrid se produjo al final de la temporada 2010-11 de la mano de José Mourinho, no fue hasta la temporada 2013-14 que fue promovido al primer equipo con el visto bueno de Carlo Ancelotti para que fuese el cuarto guardameta del club por detrás de Diego Lopéz, Iker Casillas y Jesús Fernández respectivamente. El 2 de enero de 2017 se confirmó que el Rayo Vallecano y el Middlesbrough llegaron a un acuerdo para la cesión de Tomás hasta el final de la temporada donde ocuparía el puesto de segundo portero jugando dos partidos. Para las siguientes dos temporadas Mejías se mantuvo en el equipo alternando la titularidad del equipo con Antonio Adán y posteriormente con Jesús Fernández ya en la última temporada en el Madrid C. Luego de sus buenas actuaciones alternaría convocatorias con el segundo filial blanco el Real Madrid Castilla desde la temporada 2008-09. Luego de su etapa en el equipo «C», jugó 78 partidos.
En la ronda siguiente de la FA Cup que jugó el Middlesbrough fue la figura de su equipo en la victoria como visitante 2 a 0 de su club frente al Manchester City teniendo intervenciones que mantuvieron la igualdad a cero durante los primeros 45 minutos y luego manteniendo el 1 a 0 hasta el minuto 93 cuando su compañero Kike García marcara el segundo y definitivo gol. Juega su primer partido con el equipo el 12 de agosto frente al Oldham Athletic por la primera ronda eliminatoria de la copa de la liga en la victoria 3 a 1 del Boro. Superada su lesión en la espalda, no disputó ningún partido oficial hasta el 3 de enero del 2015 en la victoria 2 a 0 del Middlesbrough frente al Barnsley por la tercera ronda de la FA Cup. Para el mercado de invierno llegaron propuestas de darle minutos en primera a préstamo aunque el hecho de no haber renovado su contrato hasta ese entonces freno su salida durante el mes de enero, no obstante en febrero fue cedido a préstamo con opción de compra al Middlesbroug de la segunda división de Inglaterra.
El 6 de junio, días después de la final de la liga de campeones, se anunció su fichaje definitivo por parte del club inglés en un acuerdo cuyas cifras no fueron reveladas, firmando un contrato por dos temporadas y teniendo el Real Madrid una opción de recompra. Luego de esto regresó a la capital española para su recuperación y posteriormente haría parte de la expedición del Real Madrid en la final de la liga de campeones 2013-14 que se llevaría al final el cuadro «Merengue». Luego de mostrar su buen rendimiento tuvo ofertas de clubes de primera división e incluso del exterior en ficharles pero el Madrid solo lo soltaría en préstamo con opción de recompra por parte del Madrid. El 11 de febrero de 2014 fue cedido al Middlesbrough hasta la finalización de la temporada guardándose una opción de compra (con lo cual también se supo que renovó por un año más con el Real Madrid). Tras su vuelta al equipo inglés barajó la opción de salir del club, pero finalmente se quedó. Al finalizar la temporada la directiva del club (unido al cambio de técnico en el primer equipo) lo promueve de forma definitiva al primer equipo del Real Madrid para la temporada 2013-14 como cuarto portero.
Durante esa temporada jugó 13 partidos con el filial blanco y fue designado cuarto portero del primer equipo. Ya sobre el final de la temporada regular en el ascenso inglés, el «Boro» finalizó cuarto clasificado, con lo cual clasifican a jugar los play-offs de ascenso por el tercer y último cupo hacia la premier league 2015-16, no obstante por una lesión de tipo muscular las últimas fechas del torneo no es convocado, dicha lesión también según el departamento médico del club le impediría estar disponible para los últimos encuentros de la temporada. Debido a la contratación de los porteros Víctor Valdés, quién se convertiría en el portero titular en la Premier League, y de Brad Guzan, tanto él, como el portero Griego Dimitrios Konstantopoulos no fueron tenidos en cuenta durante la primera mitad de temporada. Se encuentra abierto de martes a domingo de 9:00 a 14:00 y de 16:00 a 19:00. Además, cuenta con un pequeño acuario en el exterior y organiza visitas guiadas, talleres, jornadas y cursos de forma gratuita. La derrota no afectó de ninguna forma a la clasificación del equipo, que siguió siendo décimo con cuarenta puntos, y a ocho del sexto puesto.