Il 31 maggio 2017 diventa il nuovo allenatore del , club militante in Championship. Nella stagione 2017-2018 ottiene la promozione in Premier League vincendo il campionato. Al primo anno nella massima serie inglese arriva al settimo posto, che vale l'accesso al secondo turno di qualificazione alla fase a gironi dell'Europa League. Nella stagione 2019-2020 la squadra conferma il settimo posto dell'annata precedente e fa segnare il record di punti del club in Premier League. Inoltre raggiunge i quarti di finale dell'Europa League, venendo eliminata dal . Il 13 settembre 2020 prolunga il suo contratto con il Wolverhampton fino al giugno 2023. In campionato i "Wolves" concludono al tredicesimo posto, mancando la qualificazione alle coppe europee. Il 21 maggio 2021 il club e l'allenatore portoghese annunciano la separazione al termine della stagione.