En xuño de 2011, Villas-Boas deixou o Porto para converterse no adestrador do Chelsea. Levou o seu equipo técnico a Londres, excepto o seu adestrador asistente Vítor Pereira, que se converteu no novo adestrador do club. O seu primeiro partido europeo foi contra o Barcelona, para a Supercopa da UEFA de 2011.
- Non. Na súa terceira aparición no partido de exhibición de Mónaco, o Porto deixou unha vez máis como subcampión, despois de perder 2 a 0. Non pasaron a fase de grupos da UEFA Champions League de 2011-12, despois de admitir derrotas ante o APOEL e o Zenit San Petersburgo, os gañadores e subcampións do grupo. Trasladados á ronda de 32 da UEFA Europa League, os campións defensores foron eliminados polo Manchester City cunha perda agregada de 6-1. Como gañadores da Primeira Liga de 2011, o Porto asegurou o seu regreso á Liga de Campións na tempada seguinte. Despois de terminar segundo detrás do Paris Saint-Germain nun grupo que incluía ao Dinamo Zagreb e ao Dynamo Kiev, o Porto clasificouse para a ronda de 16, onde se enfrontaron ao Málaga. Non puido capitalizar unha vantaxe de 1<unk>0 na primeira xornada, o Porto perdeu 2<unk>0 no Estadio La Rosaleda e foi eliminado. O club asegurou o seu terceiro título de liga consecutivo na última xornada, asegurando un lugar na fase de grupos da UEFA Champions League 2013-14. Terminando terceiro no seu grupo, por detrás do Atlético de Madrid e Zenit San Petersburgo, o Porto foi rebaixado á UEFA Europa League; foron eliminados nos cuartos de final polo eventual gañador Sevilla.