Il 28 maggio 2014 stipula un accordo proprio con il . Al suo primo tentativo vince il campionato elvetico, il sesto consecutivo per i rossoblù; arriva inoltre in finale di Coppa Svizzera, dove perde contro il , mentre in Champions League viene eliminato agli ottavi dal . Terminata la stagione, il 17 giugno 2015 rescinde anticipatamente il contratto con il club elvetico e, quattro giorni dopo, si accorda con gli italiani della , giungendo così ad allenare in cinque campionati diversi nello spazio di sei anni. Comincia la Serie A con sei vittorie nelle prime sette giornate, un record mai raggiunto nella storia viola; dopo una positiva prima parte di stagione, in cui Sousa riporta dopo sedici anni i toscani in testa alla classifica, una successiva flessione fa chiudere loro il campionato al quinto posto. Confermato dalla squadra gigliata nella stagione successiva, chiude l'annata all'ottavo posto fallendo l'obiettivo delle coppe europee; al termine della stessa non viene confermato e sostituito da Stefano Pioli.