Hamburger SV Po zakończeniu wypożyczenia, Çalhanoğlu trafił do Hamburgera SV, z którym wcześniej podpisał kontrakt do 2016. W nowym klubie zadebiutował 4 sierpnia w meczu Pucharu Niemiec, w którym Hamburger pokonał 4:0 Schott Jenę. W Bundeslidze zadebiutował tydzień później, występując w zremisowanym 3:3 meczu z Schalke. 31 sierpnia, w wygranym 4:0 starciu przeciwko Entrachtowi Brunszwik, turecki pomocnik zanotował dwa debiutanckie trafienia w barwach Hamburgera, a drugą bramkę zdobył z rzutu wolnego.
5 lutego 2014 przedłużył umowę z klubem o dwa lata, do czerwca 2018. 15 dni później strzelił bramkę z ponad 40 metrów, skutecznie wykonując rzut wolny w wygranym 3:0 starciu z Borussią Dortmund. Jego zespół, dzięki zwycięstwu, przełamał passę 5 meczów z porażką. 22 marca otrzymał pierwszą czerwoną kartkę, za faul w meczu z Stuttgartem (0:1).