Foran 2015-sesongen ble Bakke ny hovedtrener i Sarpsborg 08 i Eliteserien. I sin første sesong ledet Bakke klubben til sin første cupfinale i 2015, finalen endte med tap, 0–2 for Rosenborg. Under Bakkes ledelse hadde Sarpsborg 08 resultatforbedring år for år de første sesongene, 11.-plass i 2015 ble etterfulgt av 6.-plass i 2016, før de i 2017 endte på 3.-plass og tok bronse i Eliteserien. I 2017 ble det også nok en cupfinale, denne gangen var det Lillestrøm som ventet i finalen, men nok en gang endte det med tap for Bakke og Sarpsborg. Bakke ble i 2017 kåret til årets trener på herresiden i norsk fotball av Norsk Fotballtrenerforening. Etter bronsen i Eliteserien 2017 skulle Sarpsborg 08 prøve seg i Europacup i 2018. Under ledelse av Bakke slo Sarpsborg ut islandske IBV, sveitsiske St. Gallen og israelske Maccabi Tel Aviv i kvalifiseringen til Europa League, og avanserte til gruppespill. I gruppespillet mot Genk, Besiktas og Malmö tok Sarpsborg 08 fem poeng - tre av disse i åpningskampen hjemme mot Genk. Mot Malmö endte det uavgjort i begge kamper, mens Besiktas ble for sterke begge ganger. Etter lengre tids spekulasjoner om at Bakke skulle bli ny hovedtrener i Rosenborg, signerte han i desember 2018 ny kontrakt med Sarpsborg 08 frem til 2024. I februar 2019 tok Sarpsborg 08 et uvanlig grep for toppfotball å være, og Geir Bakkes kontrakt ble utvidet til fast ansettelse i klubben.