El 26 d'abril de 2017, Dembélé va assistir al gol d'Aubameyang i va marcar el gol guanyador al minut 74 contra el Bayern de Munic a la semifinal de la DFB-Pokal, ajudant al Dortmund a arribar a la final de la copa. En el partit decisiu del 27 de maig, va marcar el primer gol d'una victòria de 2 a 1 quan el Dortmund va aconseguir el seu primer títol major en cinc anys guanyant la final de la DFB-Pokal de 2017.
contra l'Eintracht Frankfurt. Dembélé va ser posteriorment nomenat "home del partit". Després del final de la temporada, Dembélé va ser nomenat a l'equip de la temporada de la Bundesliga i va ser guardonat amb el premi de novell de la temporada.