Dne 26. dubna 2017 Dembélé asistoval Aubameyangovi a v 74. minutě vstřelil vítězný gól proti Bayernu Mnichov v semifinále DFB-Pokalu, čímž pomohl Dortmundu dosáhnout finále poháru. V rozhodujícím zápase 27. května vstřelil první gól v vítězství 2:1, když Dortmund získal svůj první velký titul za pět let tím, že vyhrál finále DFB-Pokal 2017.
proti Eintracht Frankfurt. Dembélé byl následně jmenován "Mužem zápasu". Po skončení sezóny byl Dembélé jmenován do týmu sezóny Bundesligy a získal ocenění "Založenec sezóny".