El 18 de septiembre de 2016, asumió como entrenador de Grêmio por tercera vez. Ese año, ganó la Copa de Brasil, el primer título nacional del club en quince años. En el "Brasileirão", quedó octavo. El siguiente año, si bien recurrió en mayor medida a suplentes, consiguió la cuarta posición en el campeonato local y perdió en la semifinal del Campeonato Gaúcho, frente a Novo Hamburgo en los penales. También llegó hasta la semifinal de la Copa de Brasil, donde fue eliminado por Cruzeiro en penales. Por otra parte, ganó la Copa Libertadores y se convirtió en el primer brasileño en ganarla como jugador y entrenador. Formó al equipo a base del "jogo bonito", algo poco usual en el fútbol brasileño en ese entonces. El director deportivo André Zanotta estableció que ese estilo de juego no era lo que el entrenador buscaba, sino que era fruto de los buenos futbolistas que tenía. Después del título, varios jugadores titulares se marcharon y, en vez de fichar refuerzos correspondientes, Portaluppi optó por modificar algunas posiciones para no perder solidez. Recibió el premio a mejor director técnico de esa edición de la Copa Libertadores y el premio Goal Brasil al mejor entrenador del "Brasileirão". Se clasificó al Mundial de Clubes, donde perdieron en la final con el Real Madrid.