Solskjær ble 21. oktober 2015 presentert som ny trener for Molde. Dette var hans andre periode som trener for klubben, og han signerte en 3½-årskontrakt. Under Solskjær endte Molde på sjetteplass i 2015, femteplass i 2016 og andreplass i både 2017 og 2018. Solskjær signerte ny tre års kontrakt i 2018.