Diego Souza retornou ao Grêmio em 2020. O veterano foi chamado por Renato Portaluppi para reforçar o Imortal Tricolor. O bom desempenho na temporada interrompida por causa da Covid-19 fez o centroavante renovar o vínculo por mais um ano.
Em 2021, novamente Diego Souza foi bem e uma nova renovação foi feita. O contrato atual de Diego Souza termina em dezembro. O atacante do Imortal Tricolor declarou que pretende encerrar a carreira na equipe por onde já havia passado em 2007.
Na ocasião, Diego Souza foi peça importante para ajudar a equipe chegar à final da Copa Libertadores da América. O Grêmio foi derrotado pelo Boca Juniors na decisão continental daquele ano. A final foi muito especial porque aconteceu duas temporadas depois de o Imortal ter disputado a segunda divisão do Campeonato Brasileiro.
Diego Souza afirmou em entrevista que não tem mais vontade de jogar em outro lugar. O centroavante já defendeu diversas equipes brasileiras: Palmeiras, São Paulo, Vasco, Sport, entre outras. “Então, sem dúvida, minha última equipe que vou atuar é o Grêmio”, afirmou.
“Se for mais um ano, se for final do ano, eu sou muito feliz aqui e espero que seja minha última equipe”, disse Diego Souza. Atualmente, o centroavante é titular no time de Roger Machado e é peça fundamental para a equipe que disputa a segunda divisão do Campeonato Brasileiro. O Grêmio briga na parte de cima da tabela de classificação da Série B e deve retornar à primeira divisão nacional. Esta é a principal meta dessa temporada.