O Cruz-maltino pagou R$ 2 milhões para adquirir 90% dos direitos econômicos e 100% dos direitos federativos do atleta. Desses, R$ 500 mil foram pagos nesta sexta e o restante será quitado em 2024. No dia 14 de abril de 2023, o meia foi anunciado pelo Vasco. No ano, Matheus participou de nove jogos, sem nenhum gol e assistência.
O volante de 21 anos teve mais sequência com Maurício Barbieri, que o utilizou em quatro jogos seguidos, sendo duas como titular. Após a saída do técnico, Carvalho só começou jogando pela última vez na derrota por 1 a 0 contra o Cruzeiro, quando o Gigante da Colina foi comandado pelo interino William Batista. Com Ramón Diaz, chegou a ser não relacionado nos primeiros jogos do treinador argentino, mas entrou em campo quatro ocasiões.
Cria do Náutico, Matheus Carvalho, que por lá era conhecido como Matheus Cocão, fez 20 jogos com a camisa do Timbú, que desejou boa sorte no clube carioca.
