Tuchel bắt đầu mùa giải thứ hai của mình tại PSG bằng cách giữ tiếp cúp Trophée des Champions vào ngày 3 tháng 8 năm 2019, trong chiến thắng 2-1 trước Rennes. PSG cũng đã thắng trận đầu tiên trong mùa giải, đánh bại Nîmes 3–0 trên sân nhà. Tuy nhiên, PSG đã thua 2–1 trước Rennes trong trận đấu thứ hai của câu lạc bộ. Trong trận đấu đầu tiên của câu lạc bộ tại UEFA Champions League mùa giải đó, Tuchel đã nhận được lời khen ngợi vì đã thiết lập chiến thuật thành công khi PSG đánh bại đội vô địch mười ba lần Real Madrid với tỷ số 3–0 trên sân nhà; Chiến thắng này đạt được mà thiếu vắng các cầu thủ đội một là Neymar, Edinson Cavani và Kylian Mbappé trong đội hình. Sau đó, Tuchel đã dẫn dắt đội vượt qua vòng loại trực tiếp đầu tiên với hai trận đấu vòng bảng còn lại, sau chiến thắng 1–0 trước câu lạc bộ Bỉ Club Bruges vào ngày 6 tháng 11. Chỉ chưa đầy ba tuần sau, Tuchel đã đưa câu lạc bộ lên vị trí đầu bảng sau khi hòa 2–2 trước Real Madrid. Câu lạc bộ sau đó đã bắt đầu chuỗi mười chín trận bất bại trên mọi đấu trường, có một số chiến thắng với tỷ số đậm; PSG đã ghi sáu bàn vào lưới Linas-Montlhéry và Saint-Étienne ở các giải đấu trong nước vào tháng Giêng, trong khi họ ghi năm bàn trước Montpellier ở giải VĐQG. Đáng chú ý, trận đấu sau đó chứa đựng nhiều tranh cãi, khi Tuchel được cho là đã có một cuộc trò chuyện nóng bỏng với Mbappé sau khi thay người.