23 października 2017, po słabym początku sezonu, został zwolniony z tej funkcji.
W lutym 2018 roku został nowym selekcjonerem reprezentacji Holandii.
19 sierpnia 2020 został nowym trenerem klubu FC Barcelona. 27 października 2021 został zwolniony z posady trenera.
6 kwietnia 2022 ogłoszono powrót Koemana do reprezentacji Holandii. Stanowisko selekcjonera objął ponownie 1 stycznia 2023. 24 marca poprowadził swój pierwszy mecz w ramach eliminacji do Mistrzostw Europy UEFA 2024, który zakończył się porażką 4:0 z Francją, jego drużyna przegrywała już trzema bramkami po 21 minutach. Było to pierwszy raz od prawie 100 lat, która miała miejsce ponad sto lat po porażce Holandii ze Szwecją 4:1 24 sierpnia 1919 r., kiedy to trzy bramki padły w ciągu pierwszych 20 minut.
Na Euro 2024 Holandia znalazła się w grupie D wraz z Francją, Polską i Austrią. Holendrzy pokonali Polskę 2:1 w pierwszej kolejce rozgrywek, a z Francją musieli zadowolić się remisem 0:0. W ostatnim meczu grupowym Holandia przegrała z Austrią, tracąc trzy bramki i strzelając dwie. Holandia zajęła trzecie miejsce w grupie D wśród czterech najlepszych drużyn z trzecich miejsc, zapewniając sobie tym samym awans do 1/8 finału, gdzie zmierzyła się z Rumunią i wygrała 3:0.