26 kwietnia 2017 roku Dembélé asystuje do gola Aubameyangu i w 74 minucie strzela zwycięską bramkę przeciwko Bayernowi Monachium w półfinale DFB-Pokal, pomagając Dortmundowi w dojściu do finału pucharu. W decydującym meczu 27 maja, strzelił pierwszy bramkę w zwycięstwie 2 do 1, gdy Dortmund zdobył swój pierwszy główny tytuł w ciągu pięciu lat, wygrywając finał Pucharu DFB 2017.
przeciwko Eintracht Frankfurt. Dembélé został następnie nazwany "człowiekiem meczu". Po zakończeniu sezonu Dembélé został wybrany do "Zespołu Sezonu" Bundesligy i otrzymał nagrodę "Nowicjusza Sezonu" ligi.