V juniju 2011 je Villas-Boas zapustil Porto in postal trener Chelseaja. Svojo tehnično osebje je odpeljal v London, razen njegovega pomočnika trenerja Vítorja Pereire, ki je postal novi trener kluba. Njegova prva evropska tekma je bila proti Barceloni, za UEFA Superpokal 2011.
-Kaj? V tretjem tekmi v Monaku je Porto spet osvojil drugo mesto, ko je izgubil 2:0. V skupinski fazi Lige prvakov UEFA 2011/12 niso prešli, saj so porazili APOEL in Zenit Saint Petersburg, končni zmagovalci skupine in tekmovalci. Premeščeni so bili v krog 32 zaigralcev Lige Evrope, obrambo prvakov pa je Manchester City izločil z porazom 6-1. Kot zmagovalci Primeira Lige 2011/12 je Porto zagotovil vrnitev v Ligo prvakov v naslednji sezoni. Po tem, ko je Porto v skupini, ki je vsebovala Dinamo Zagreb in Dynamo Kiev, končal na drugem mestu za Paris Saint-Germainom, se je uvrstil v osmihfinalno, kjer se je soočil s turnirskim debutantom Málago. Ne morejo izkoristiti prednosti 1<unk>0 na prvi tekmi, Porto je izgubil 2<unk>0 na stadionu La Rosaleda in so bili izločeni. Klub je v zadnjem tekmovalnem dnevu osvojil svoj tretji zaporedni naslov v ligi, s čimer je zagotovil mesto v skupinski fazi Lige prvakov UEFA za sezono 2013/14. Po tretjem mestu v skupini za Atlético Madridom in Zenitom v Sankt Peterburgu je Porto padel v Ligo Evrope, v četrtfinalu pa ga je porazila Sevilla.