Villas-Boas jätti Porton kesäkuussa 2011 Chelsean valmentajaksi. Hän vei teknisen henkilöstönsä Lontooseen, lukuun ottamatta apulaisvalmentaja Vítor Pereiraa, josta tuli klubin uusi valmentaja. Hänen ensimmäinen eurooppalainen ottelunsa oli Barcelonaa vastaan UEFA: n Super Cupissa 2011.
- Mitä? Kolmannessa ottelussa Porto jäi jälleen toiseksi, kun se hävisi 2-0. He eivät päässeet läpi 2011-12 UEFA Champions Leagin ryhmävaiheessa, kun he antoivat tappiot APOELille ja Zenit Saint Petersburgille, lopulta ryhmän voittajat ja kakkosmiehet. Siirrettiin UEFA Europa Leagin 32. kierrokselle, puolustavat mestarit tyrmäsivät Manchester Cityn 6-1 kokonaismenetyksellä. Porto sijoittui kahdeksanneksi Paris Saint-Germainin jälkeen Dinamo Zagrebin ja Dynamo Kievin ryhmässä, jossa he kohtasivat turnauksen debyytit Málagan. Kun Porto ei pystynyt hyödyntämään 1-0:n etulyöntiasemaa, se hävisi 2-0 La Rosaleda Stadionilla ja poistettiin. Seura vakuutti kolmannen peräkkäisen liigansa viimeisen ottelupäivän aikana ja varmisti paikan 2013-14 UEFA Champions Leagin ryhmävaiheessa. Porto sijoittui kolmanneksi ryhmässään Atlético Madridin ja Zenit Saint Petersburgin jälkeen UEFA: n Europa Leagueen. Se eliminoitiin neljännesvaiheessa lopulta voittaneelta Sevillalta.