Thierry Dusautoir dispute les cinq rencontres du Tournoi 2011. Après deux victoires face à l'Écosse et l'Irlande, la France s'incline à Twickenham face aux Anglais puis contre les Italiens. En remportant le match face au pays de Galles, elle termine à la deuxième place de la compétition. Après avoir disputé les six rencontres de la phase de poule de la coupe d'Europe 2010-2011, inscrivant quatre essais, face aux Newport Dragons, puis aux Glasgow Warriors et de nouveau face à Newport où il inscrit deux essais, il est absent du quart de finale victorieux face à Biarritz au stade d'Anoeta, une petite entorse cheville et au genou gauche subie lors d'une rencontre de championnat face au Racing le privant d'un mois de compétition. Revenu de blessure une semaine plus tôt, il est remplaçant lors pour la demi-finale face au Leinster. Le Stade toulousain s'incline . En championnat de France, après avoir disputé de la phase régulière, il participe à la demi-finale victorieuse face à Clermont, , puis une semaine plus tard à la finale remportée face à Montpellier. Durant cette saison, il inscrit deux essais, face au Castres olympique et à Bourgoin.