I successi si ripetono nell'annata 2017-18, l'ultima alla Juventus, in cui fa suo il settimo scudetto consecutivo — record assoluto nella storia della Serie A e dei maggiori campionati nazionali d'Europa —, dopo un lungo testa a testa contro il Napoli, e annesso quarto "double" domestico di fila — altro nuovo primato nel calcio italiano —, grazie al 4-0 al Milan nella finale di Coppa Italia del 9 maggio. Insieme ai compagni di squadra Barzagli, Buffon, Chiellini e Lichtsteiner, Marchisio è tra i 5 eptacampioni d'Italia di questo ciclo bianconero; Il centrocampista va però incontro a una stagione in negativo sul versante personale, causa annosi guai fisici da una parte e una sopravvenuta concorrenza nel centrocampo torinese dall'altra, che non gli permettono più di rientrare nelle dinamiche della squadra titolare. Anche in ragione di ciò, dopo 25 anni di militanza in maglia bianconera, il 17 agosto 2018 rescinde consensualmente il contratto che lo legava al club.