W latach 2010–2014 był trenerem młodzieżowych reprezentacji Hiszpanii. Z reprezentacją U-19 zdobył Mistrzostwo Europy w 2011 roku. W 2012 roku objął reprezentację U-21 i zdobył z nią tytuł Mistrza Europy.
W maju 2014 roku został trenerem FC Porto. W związku z podaniem się do dymisji Vicente del Bosque 21 lipca 2016 roku objął funkcję trenera Hiszpanii.
12 czerwca 2018 roku ogłoszono, że po mistrzostwach świata zakończy pracę jako selekcjoner reprezentacji Hiszpanii i obejmie stanowisko trenera Realu Madryt. Następnego dnia został jednak zwolniony z posady szkoleniowca reprezentacji. 14 czerwca został zaprezentowany jako nowy trener Realu
29 października 2018 został zwolniony ze stanowiska trenera Realu Madryt.
4 czerwca 2019 został ogłoszony nowym trenerem hiszpańskiej Sevilli FC.