21 lipca 2016 powrócił do Borussii Dortmund, podpisując kontrakt ważny do 2020. Dokładna kwota transferu nie została ujawniona, lecz najprawdopodobniej wyniosła około 26 milionów euro.
Po powrocie do Borussii Dortmund, niemiecki zawodnik przez cały okres obowiązywania kontraktu, nie był w stanie odnaleźć formy, którą imponował przed przenosinami do Bayernu Monachium. W lutym 2017 roku okazało się, że Götze zmaga się z poważnymi problemami metabolicznymi, z powodu których jego organizm nie radzi sobie z obciążeniami treningowymi. Wcześniej niemiecki zawodnik często narzekał na problemy mięśniowe, a wiele osób zarzucało mu problemy z wagą. Po powrocie do gry, Götze miał problem z wywalczeniem miejsca w linii pomocy BVB, w efekcie czego często pojawiał się na murawie głównie w roli tzw. fałszywej dziewiątki i zmiennika takich zawodników jak Paco Alcácer, a następnie Erling Braut Haaland. W maju 2020 roku, Borussia Dortmund oficjalnie poinformowała, że wygasająca wraz z końcem sezonu umowa z Götze nie zostanie przedłużona. Informacja o rozstaniu bohatera Mundialu z 2014 roku z westfalskim klubem sprawiła, że w mediach pojawiły się liczne spekulacje dotyczące przyszłości zawodnika. W gronie kandydatów do pozyskania Götze wymieniano takie drużyny jak Hertha BSC czy AS Monaco.