In der Saison 2016 bestritt Marach den Großteil der Saison mit Fabrice Martin als Partner. Im Januar und Februar schafften die beiden auch sogleich Turniersiege in Chennai, wo sie im Finale Austin Krajicek und Benoît Paire besiegten, sowie in Delray Beach, wo sie Bob und Mike Bryan im Match-Tie-Break bezwangen. Im weiteren Saisonverlauf erreichten sie zudem die Finals in Stuttgart, Shenzhen und Wien, ohne einen weiteren Titel zu gewinnen. Mit Philipp Oswald gewann er das Challenger-Turnier in Aix-en-Provence und erreichte mit Jeļena Ostapenko in Wimbledon das Halbfinale der Mixed-Konkurrenz. Bei den Olympischen Spielen in Rio de Janeiro ging Marach mit Alexander Peya im Doppel an den Start und schied mit diesem im Viertelfinale gegen die späteren Olympiasieger Rafael Nadal und Marc López aus. 2017 erreichte Marach, der verletzungsbedingt erst im März in die Saison eingestiegen war, mit seinem neuen 13 Jahre jüngeren Doppelpartner Mate Pavić in Wimbledon erstmals das Finale eines Grand-Slam-Turniers, das sie gegen Łukasz Kubot und Marcelo Melo in fünf Sätzen mit 7:5, 5:7, 6:7 (2:7), 6:3, 11:13 verloren. Mit Pavić hatte er bei den Vorbereitungsturnieren in Stuttgart und Antalya bereits das Finale erreicht, diese aber ebenfalls verloren. Im Juli siegte er dafür beim Turnier in Gstaad, wo er mit Philipp Oswald startete. Sie besiegten im Finale Jonathan Eysseric und Franko Škugor mit 10:8 im Match-Tie-Break. Bei den US Open erreichte er mit Anastasia Rodionova das Halbfinale der Mixed-Konkurrenz. Mit Mate Pavić gelang Marach schließlich im Oktober in Stockholm der erste gemeinsame Titelgewinn, als sie Aisam-ul-Haq Qureshi und Jean-Julien Rojer in drei Sätzen bezwangen. Bei den ATP Finals waren die beiden als Ersatz-Paarung vor Ort und kamen in der Gruppenphase in der letzten Spielrunde noch zum Einsatz. Sie gewannen zwar ihre Partie gegen Bob und Mike Bryan, hatten aber bereits vorher schon keine Chance mehr das Halbfinale zu erreichen und schieden aus.