Mihajlović werd in mei 2016 aangesteld als trainer van Torino FC, de nummer twaalf in de Serie A in het voorgaande seizoen. In zijn eerste seizoen eindigde de Serviër als negende met de club. Op 4 januari 2018, een dag nadat hij in de beker met 2-0 verloor van stadgenoot Juventus, kreeg Mihajlović zijn ontslag van het bestuur van Torino. Enkele uren later presenteerde de club Walter Mazzarri als zijn opvolger.