El 13 de junio de 2016, fue presentado como nuevo técnico del Torino. Tuvo un comienzo ilusionante al frente del "Toro" en la Serie A, situándose en 7ª posición tras 7 jornadas y siendo uno de los equipos más goleadores de la categoría, aunque concluyó la primera vuelta en 8º puesto. En la Copa de Italia, el equipo piamontés cayó en octavos de final frente al AC Milan, antiguo equipo de Mihajlović. Finalmente, el "Toro" concluyó la Serie A en la 9ª posición, a 10 puntos del Milan, primer equipo que disputaría competición europea. El conjunto turinés fue uno de los equipos más goleadores de la competición (71 tantos a favor), pero también fue de los más goleados (66 dianas en contra).