ב-26 באפריל 2017, דמבליי סיייע לגרל של אובאמיאנג וסיים את הדקה ה-74 נגד ביירן מינכן במחצית הגמר של גביע דה-אף-בי, ועזר לדורטמונד להגיע לגמר הגביע. במשחק המכריע ב-27 במאי, הוא כבש את השער הראשון בניצחון של 2 על 1, כאשר דורטמונד זכתה בתואר הגדול הראשון שלה בחמש שנים על ידי זכייה בגמר DFB-Pokal 2017.
נגד אינטראכט פרנקפורט. דמבליי הוכרז כ"איש המשחק". לאחר סיום העונה, דמבליי נבחר לקבוצת העונה של הבונדסליגה וזכה בפרס "החדשני העונה" של הליגה.