La stagione stagione 2004-2005 fu probabilmente la migliore per Thuram, che tornò a giocare nel ruolo di centrale difensivo e fu affiancato dal suo ex-compagno di squadra Fabio Cannavaro, acquistato dai bianconeri proprio per riformare la coppia che aveva fatto tanto bene nel Parma. Dopo un'estate in cui il francese fu ancora una volta al centro delle trattative di mercato (si parlò di uno scambio con l'Arsenal per il difensore Sol Campbell), Thuram tornò ad essere uno dei perni della nuova squadra allenata da Fabio Capello, il quale lo nominò vice-capitano della Juventus. Thuram ripagò la fiducia dell'allenatore giocando un campionato straordinario, condito da pochissimi errori e tante giocate di classe. A fine stagione conquistò il suo terzo campionato italiano, poi successivamente revocato per la vicenda "Calciopoli".