В межсезонье команду покинули Сергей Семак, перешедший в «ПСЖ», Дмитрий Кириченко, оказавшийся в «Москве», и Иржи Ярошик, перебравшийся в «Челси», а пополнилась команда бразильским полузащитником Дуду. Сезон 2005 года для армейцев начался домашним матчем с португальской «Бенфикой» в рамках 1/16 Кубка УЕФА, который завершился победой ЦСКА 2:0, в гостевом матче армейцы сыграли вничью 1:1. Следующим соперником ЦСКА стал сербский клуб «Партизан», гостевой матч в Белграде завершился со счётом 1:1, а домашний в Краснодаре — 2:0 в пользу красно-синих. В следующем раунде армейцы разгромили французский «Осер» 4:0. Несмотря на поражение в гостях 2:0, ЦСКА смог продолжить выступление в еврокубке. В полуфинале ЦСКА противостояла итальянская «Парма», обыграв которую (0:0, 3:0), москвичи вышли в финал. Соперником в финале кубка УЕФА стал португальский клуб «Спортинг». Финальный матч проходил в Лиссабоне на родном для португальской команды стадионе Жозе Алваладе 18 мая 2005 года. Первый гол в матче на 29 минуте забил полузащитник «Спортинга» . На 56-й минуте игры Алексей Березуцкий после подачи Карвальо сравнял счёт, на 65-й минуте армеец Юрий Жирков вывел москвичей вперёд, а на 75-й минуте встречи Вагнер Лав установил окончательный счёт в матче — 3:1. Впервые в истории российский клуб выиграл еврокубок. 29 мая 2005 года в финале кубка России ЦСКА обыграл со счётом 1:0 подмосковные «Химки», единственный мяч забил Юрий Жирков. В чемпионате страны, в 29 туре, досрочно, обыграв московское «Динамо», армейцы во второй раз в своей истории стали чемпионами. Сезон 2005 до сих пор считается наиболее успешным в истории армейского клуба. Так, ЦСКА образца 2005 года был признан жюри конкурса «Чемпионату России по футболу-20 лет» лучшей командой российских чемпионатов 1992—2012 годов.