26. huhtikuuta 2017 Dembélé auttoi Aubameyangin maalia ja teki voitonlyönnin 74. minuutilla Bayern Münchenin vastaan DFB-Pokalin puolifinaalissa, auttaen Dortmundia pääsemään cup-finaaliin. Tammikuun 27. päivän ratkaisevassa ottelussa hän teki ensimmäisen maalin Dortmundin voittoon 2-1 ja sai ensimmäisen ison mestaruuden viiden vuoden kuluttua voittamalla
2017 DFB-Pokal-finaali Eintracht Frankfurtia vastaan. Dembélé nimitettiin myöhemmin ottelun parhaaksi pelaajaksi. Kauden päätyttyä Dembélé nimettiin Bundesligan "Kauden joukkueeseen" ja hänelle myönnettiin liigan "Kauden aloittelija" -palkinto.