26. aprillil 2017 andis Dembélé Aubameyangile assistenti ja tegi 74. minutil võiduvõidu Bayern Müncheni vastu DFB-Pokali poolfinaalis, aidates Dortmundil jõuda karikafinaali. 27. mai otsustavas mängus tegi ta esimese värava, mis andis Dortmundile võidu 2:1 võrra. Dortmund võitis 2017. aasta DFB-Pokali finaali ja sai oma esimese suure tiitli viie aasta jooksul.
Eintracht Frankfurti vastu. Dembélé nimetati hiljem "mängu mees". Pärast hooaja lõppu nimetati Dembélé Bundesliga "Hooaja meeskonnale" ja talle anti liiga "Hooaja uustulnuka" auhind.