בעונת 2017/18 קימיך המשיך להיות בורג חשוב בהגנה של באיירן מינכן, ושיתף פעולה עם שחקנים כג'רום בואטנג, ניקלאס זולה, מאטס הומלס ודוד אלאבה. קימיך זכה עם באיירן מינכן באליפות באותה עונה, והגיע עם הקבוצה לחצי גמר ליגת האלופות מול ריאל מדריד. קימיך הבקיע לבאיירן מינכן שער יתרון במשחק הראשון באליאנץ ארנה, אותו באיירן הפסידה בתוצאה 1–2. קימיך הבקיע במשחק הגומלין בסנטיאגו ברנבאו שער מהיר, במשחק שהסתיים בתוצאה 2-2, תוצאה שהביאה להדחתה של באיירן מינכן מהמפעל. קימיך פתח בהרכב בגמר הגביע הגרמני, בו הפסידה באיירן 1–3 לאיינטרכט פרנקפורט. את עונת 2018/19 קימיך פתח עם זכייה בסופר קאפ הגרמני לאחר ניצחון 0–5 בגמר על איינטרכט פרנקפורט. בעונה זו, לא החמיץ קימיך אפילו דקת משחק אחת במשחקי הבונדסליגה, וזכה עם באיירן באליפות וגם בגביע הגרמני, לאחר ניצחון 0–3 בגמר על ר.ב. לייפציג. עם זאת, באיירן וקימיך הודחו כבר בשמינית גמר ליגת האלופות על ידי ליברפול. המשחק הראשון בין שתי הקבוצות הסתיים בתיקו 0-0 באצטדיון אנפילד, אך קימיך ספג כרטיס צהוב במשחק זה, שמנע ממנו להשתתף במשחק הגומלין, בו ניצחה ליברפול 1–3 באליאנץ ארנה. בעונת 2019/20 קימיך המשיך להיות בורג משמעותי בקבוצה, אך עבר לשחק בעיקר בעמדת הקשר האחורי, כאשר בנז'מן פבאר הפך למגן הימני הקבוע של הקבוצה. קימיך זכה בעונה זו בדאבל שני ברציפות, ובישל שער לסרז' גנאברי בגמר הגביע הגרמני, בו ניצחה באיירן 2–4 את באייר לברקוזן. קימיך המשיך להיות שחקן מפתח גם בחודש אוגוסט 2020 בשלבי ההכרעה של ליגת האלופות שנדחו בגלל התפרצות מגפת הקורונה, ושיחק 90 דקות בניצחון 0–1 של באיירן על פריז סן ז'רמן בגמר ליגת האלופות 2020, שהשלים לבאיירן מינכן זכייה בטרבל.