In juni 2011 verliet Villas-Boas Porto om manager van Chelsea te worden. Hij nam zijn technische staf mee naar Londen, met uitzondering van zijn assistent-coach Vítor Pereira, die de nieuwe coach van de club werd. Zijn eerste Europese wedstrijd was tegen Barcelona, voor de 2011 UEFA Super Cup.
Ik weet het. In hun derde optreden in de showpiece-wedstrijd in Monaco verliet Porto opnieuw als tweede, na een nederlaag van 2 tegen 0. Ze kwamen niet door de groepsfase van de UEFA Champions League in 2011/12, nadat ze nederlagen hadden toegegeven aan APOEL en Zenit Saint Petersburg, de uiteindelijke groepswinnaars en runners-up. &lt;ref name="2011/12cl"&gt;&lt;/ref&gt; Overgeplaatst naar de UEFA Europa League ronde van 32, werden de verdedigende kampioenen uitgeschakeld door Manchester City met een 6-1 totaal verlies. &lt;ref name="2011/12el"&gt;&lt;/ref&gt; Als winnaars van de Primeira Liga in 2011/12, verzekerde Porto hun terugkeer naar de Champions League in het volgende seizoen. Na de tweede plaats te hebben behaald achter Paris Saint-Germain in een groep met Dinamo Zagreb en Dynamo Kiev, kwalificeerde Porto zich voor de achtste ronde, waar ze het opnamen tegen de toernooi-debutanten Málaga. Porto kon niet profiteren van een 1-0 voorsprong in de eerste etappe, maar verloor 2-0 in het La Rosaleda Stadion en werd geëlimineerd. De club behaalde zijn derde opeenvolgende kampioenschapstitel in de laatste wedstrijddag en verzekerde zich van een plaats in de groepsfase van de UEFA Champions League in 2013-14. Na de derde plaats in hun groep te hebben behaald, achter Atlético Madrid en Zenit Sint-Petersburg, werd Porto gedegradeerd naar de UEFA Europa League; ze werden in de kwartfinale geëlimineerd door de uiteindelijke winnaar Sevilla.