El 12 de mayo de 2016, Dembélé firmó un contrato de cinco años con el club alemán Borussia Dortmund, segunda equipacion barcelona que no se haría efectivo hasta el 1 de julio. El 13 de mayo de 2015 marcó el gol que supuso la eliminación de su antiguo equipo, el Real Madrid, durante el partido de vuelta de las semifinales de la Liga de Campeones de la UEFA además de haber puesto el 1-0 en el marcador del juego de ida.
