La temporada 2012-2013, el PSV va contractar a Dick Advocaat com a nou entrenador. Per tal de guanyar més experiència, Cocu es va fer càrrec de l'equip sub-dinou del PSV. També va abandonar el seu treball com a assistent de la selecció neerlandesa, després del Campionat d'Europa de futbol del 2012, en què els Països Baixos es van eliminar en la fase de grups, per tal de tenir més temps per dedicar al seu equip. Durant la temporada, es va decidir que Cocu seria el substitut d'Advocaat en cas que aquest anunciés la seva marxa. Quan Advocaat va anunciar la seva marxa, Cocu va signar un contracte per quatre temporades com a entrenador del primer equip del PSV. Assistit per Faber i Chris van der Weerden, Cocu va destacar que el seu principal objectiu era desenvolupar i incorporar al primer equip a jugadors de les categories inferiors del PSV