Ngày 26 tháng 4, sau chuỗi 5 trận liên tiếp không thể ghi bàn ở Premier League, Diego Costa đã tìm lại bản năng săn bàn ở trận gặp Southampton, với một cú đúp kèm một đường kiến tạo thành bàn. Cú đúp này cũng giúp anh có được thành tích 50 bàn sau 85 trận tại Premier League, nhanh thứ 8 lịch sử giải đấu này. Kết thúc mùa giải 2016-17, anh có được danh hiệu vô địch giải Ngoại hạng Anh lần thứ hai với Chelsea. Trong trận Chung kết Cúp FA 2017 với Arsenal, Costa là người đã ghi bàn gỡ hòa 1-1 cho Chelsea nhưng chung cuộc đội bóng của anh đã thất bại 2-1 và không thể giành được cú đúp danh hiệu.