Sousa è tornato alla Coppa Davis a settembre per aiutare il Portogallo a sconfiggere la Bielorussia e ottenere la promozione al Gruppo I della Zona Europa/Africa nel 2016. Nonostante abbia perso il suo primo rubinetto da singolo, ha vinto il rubinetto da doppio con Elias e il rubinetto da singolo decisivo contro Uladzimir Ignatik. All'Open di San Pietroburgo, Sousa raggiunse la sua terza finale della stagione. Dopo le vittorie su Marcel Granollers, Simone Bolelli e Dominic Thiem, Sousa è arrivato secondo dopo Milos Raonic in tre set. Nel mese di ottobre, Sousa è entrato in una corsa 1<unk>4 con perdite al primo turno all'Open di Malesia, al Japan Open, al Masters di Shanghai
e la Coppa del Cremlino. Al Valencia Open, Sousa ha chiuso la stagione con il suo secondo titolo ATP in carriera e il primo della stagione in quattro tentativi finali. Dopo aver battuto quattro giocatori di rango superiore, tra cui Benoît Paire, Sousa ha sconfitto il settimo seme Roberto Bautista Agut nella finale in tre set. Ha raggiunto una nuova classifica in carriera nella settimana successiva al numero 34 del mondo. Sousa terminò la stagione al numero 33 del mondo con 38 vittorie in singolo. Nel mese di novembre, ha ricevuto il premio per la personalità del tennis dell'anno per la seconda volta dalla Federazione portoghese di tennis e dalla Confederação do Desporto de Portugal.