Den 11. juni 2014 meldte han overgang til Stoke City FC i Premier league, hvor han skrev under på en fireårskontrakt. Han kom gratis etter at kontrakten hans med Hannover hadde utløpt. I september 2017 signerte Diouf en ny treårskontrakt med klubben. Etter 2017-2018 sesongen rykket Stoke ned til Championship.