2017. április 26-án Dembélé segített Aubameyang gólját, és a 74. percben a győztes gólt szerezte a Bayern München ellen a DFB-Pokal félfináléjában, segítve a Dortmundot a kupá döntőjébe. A május 27-i döntő mérkőzésen ő dobta az első gólt a 2:1-es győzelemben, amikor a Dortmund öt év után megnyerte az első nagy címét a 2017-es DFB-Pokal döntőben.
az Eintracht Frankfurt ellen. Dembélé-t a mérkőzés legjobbjának nevezték ki. A szezon vége után Dembélé a Bundesliga "Év csapatába" került, és elnyerte a bajnokság "Év újonca" díját.