W grudniu 2010 roku Sampaoli został ogłoszony nowym szkoleniowcem czołowego chilijskiego klubu Universidad de Chile ze stołecznego Santiago, wygrywając rywalizację o tę posadę z Diego Simeone. Tam w ciągu kolejnych dwóch lat prowadził jedną z najlepszych drużyn w historii klubu, odnosząc sukcesy zarówno na arenie krajowej, jak i międzynarodowej. W wiosennym sezonie Apertura 2011 wywalczył z Universidadem tytuł mistrza Chile i tytuł ten powtórzył również pół roku później, podczas jesiennych rozgrywek Clausura 2011. W tym samym roku triumfował również w rozgrywkach Copa Sudamericana, po pokonaniu w finałowym dwumeczu ekwadorskiego LDU Quito (1:0, 3:0). Podczas tego turnieju prowadzeni przez niego zawodnicy Universidadu w dwunastu spotkaniach zdobyli 21 goli, tracąc przy tym zaledwie dwie bramki. Było to zarazem pierwsze zdobyte przez ten klub międzynarodowe trofeum w jego historii.