Em 27 de janeiro de 2023, sagrou-se campeão de Grand Slam em duplas mistas no Austrália Open com a compatriota Luisa Stefani ao vencer a dupla indiana formada por Sania Mirza eRohan Bopanna [7-6(7/2); 6-2]. Feito inédito junto com sua compatriota sendo a primeira dupla 100% brasileira a vencer um Grand Slam em duplas mistas, e o segundo brasileiro a vencer Austrália Open em duplas mistas. Antes o Bruno Soares vencera em 2016 com a parceira russa Elena Vesnina. Foi o sétimo título do Brasil em duplas mistas em Grand Slams, depois de Maria Esther Bueno (Roland Garros 1960), Thomaz Koch (Roland Garros 1975) e Bruno Soares (Austrália Open 2016 e US Open 2012/2014/2016).
Seu melhor ranking de simples é a 440ª colocação da Associação de Tenistas Profissionais (ATP), alcançada em 2018. Já nas duplas, seu melhor ranking é a 26ª colocação da ATP, alcançada em 6 de fevereiro de 2023.[2]
2019: Estreia em uma chave principal de um torneio ATP
Matos fez sua estreia em chave principal de duplas da ATP no Brasil Open de 2019 fazendo parceria com Igor Marcondes.[4]
Matos junto com Orlando Luz derrotaram os campeões de Wimbledon 2019 e US Open 2019, e número 1 do ranking da ATP, Juan Sebastián Cabal e Robert Farah, no Rio Open 2020, 6–1, 4–6, [10–8].[5]
2021: Primeiro título ATP
Nas duplas, em 2021, Matos ganha seu primeiro título de ATP em Córdoba joagando com o também brasileiro Felipe Meligeni Alves e derrotando Romain Arneodo e Benoît Paire na final. Esse também foi o primeiro título ATP de Felipe.
2022
Rafael Matos em 2022
Em 2022, começa uma frutífera parceria com o espanhol David Vega Hernández, que começa a obter muitas vitórias. No início do ano, a dupla Matos/Vega vence dois ATP 250 em Santiago e Marrakesh. Em maio de 2022, atingem as quartas-de-final de Roland Garros, e Matos entra no top 50 mundial de duplas. Após Roland Garros, eles vencem outro ATP 250 em Mallorca. Em um torneio de Wimbledon caracterizado por não distribuir pontos naquele ano, chegam à 3a rodada. Em julho eles vencem o ATP 250 de Bastad, o 5º título de ATP de Matos, com isso se aproximando do top 30 mundial. Terminou 2022 com 6 títulos de ATP já obtidos na carreira, e tendo atingido o posto de n.27 do mundo em novembro.[6][7][8]
2023: Inédito título de Grand Slam nas duplas mistas
Ao jogar as duplas mistas do Aberto da Austrália de 2023 com a também brasileira Luisa Stefani, conquistaram o título deste Grand Slam, feito inédito tanto para uma dupla 100% brasileira, quanto para cada um dos dois de forma individual. [9]
No início da temporada, Matos começou uma nova parceria com o colombiano Nicolás Barrientos. [12]. Ao disputar o Australian Open[13] recebeu a notícia de que a organização do Australian Open havia concedido um wildcard para Luisa Stefani e ele, dando assim a chance de que eles pudessem defender o título de duplas mistas do torneio conquistado em 2023, mesmo que Matos estivesse sem ranking bom o suficiente para competir ao lado de Stefani.[14] Stefani e Matos estrearam diante dos britânicos Joe Salisbury, tenista que foi dupla de Stefani no Us Open 2023, e Heather Watson, mas acabaram sendo superados em sets diretos, assim terminando a participação da dupla no Australian Open de 2024 sem conseguir defender o título.[15]
Matos foi o primeiro indicado a jogar pelo Brasil na Copa Davis em setembro de 2021 contra o Líbano, em duplas.[23] Matos com Marcelo Demoliner fez sua estreia na Copa Davis contra Benjamin Hassan e Habib Hady e vencida em três sets na terceira partida do confronto. Mais tarde, a equipe brasileira confirmou o placar 4-0 e avançou para Copa Davis de 2022 (Qualificatório).[24]
Atualmente, Matos possui o recorde 4–0 em partidas da Copa Davis. Ele jogou apenas partidas de duplas até aqui.