Thomas Tuchel ký hợp đồng 18 tháng (có tùy chọn gia hạn thêm 1 năm) với Chelsea 1 ngày sau khi Lampard bị Chelsea sa thải, truóc đó Tuchel bị PSG sa thải đúng Giáng sinh, dù nửa năm trước giúp đội bóng Pháp lần đầu vào chung kết Champions League. Tuchel giúp đội có chuỗi 14 trận bất bại, nhưng kết thúc sau thất bại thảm hại 2-5 ngay trên sân nhà trước đội áp chót West Bromwich Albion vào ngày 3 tháng 4. Tuchel đã đưa Chelsea lọt vào trận chung kết FA Cup, nhưng để thua 0-1 trước Leicester City, cũng như đưa Chelsea về thứ 4 cuối mùa tại Ngoại hạng Anh. Tuchel cũng đã giúp Chelsea lọt vào Chung kết Champions League sau chiến thắng chung cuộc 3–1 trước Real Madrid ở bán kết, trở thành huấn luyện viên đầu tiên lọt vào 2 trận chung kết Champions League liên tiếp với 2 câu lạc bộ khác nhau. Cuối cùng, ông đã đưa Chelsea vô địch Champions League lần thứ 2 với chiến thắng 1–0 trước Manchester City trong trận chung kết. Chỉ 6 ngày sau khi vô địch Champions League, Chelsea thông báo gia hạn hợp đồng với Thomas Tuchel đến hè 2024. Chelsea thắng Villarreal CF 6–5 trên chấm luân lưu sau khi hòa 1–1 sau hiệp phụ để có danh hiệu Siêu cúp châu Âu thứ 2.