No dia 22 de dezembro de 2016, Fábio Carille foi efetivado como técnico do Corinthians para a temporada 2017, após campanha mediana do Timão no Brasileirão daquele ano, quando Oswaldo de Oliveira terminou o ano como técnico do time.
Mandatário do clube na época, Roberto de Andrade deu a Fábio Carille a oportunidade de sua carreira, oficializando voto de confiança em seu trabalho. Vale frisar que Carille era funcionário do Corinthians desde 2009, como auxiliar técnico. Na função, acompanhou Mano Menezes e Tite durante na era mais vitoriosa da história do clube, sendo responsável direto pela construção do sólido sistema defensivo corinthiano, marca registrada da equipe que venceu praticamente todos os campeonatos que disputou.
Mesmo cercado de dúvidas por parte da imprensa e de alguns torcedores, Fábio Carille deu consistência e organização ao time, levando o Timão ao título do Paulistão em seu primeiro campeonato disputado pelo clube. Na final do estadual daquele ano, superou a Ponte Preta, 40 anos depois da histórica final de 1977 e, de quebra, conquistou o primeiro título do Corinthians na Neo Química Arena, já que o Brasileirão de 2015 havia sido garantido em São Januário.
Ainda em 2017, o jovem treinador corinthiano levou o Alvinegro ao título incontestável do Brasileirão, após comandar uma invencibilidade de 33 jogos no ano e protagonizar uma arrancada fenomenal, finalizando o primeiro turno da competição de forma invicta e eficiente, principalmente após vitória marcante por 3×2 no Derby contra o Palmeiras, então vice-líder do nacional.
Em 2018, antes de deixar o clube para o mundo árabe, garantiu o bicampeonato Paulista, em heróica final contra o Palmeiras, revertendo a vantagem do rival, conquistada na Neo Química Arena, para faturar o título nos pênaltis, em pleno Allianz Parque, casa do arquirrival.
Após passagem pelo mundo árabe, retornou ao Corinthians em 2019, levando o Alvinegro ao memorável tricampeonato Paulista, conquistado sobre o São Paulo, dentro de casa, em final emocionante vencida pelo Timão por 2×1.
Fábio Carille deixou o Corinthians ainda em 2019, após segundo semestre de altos e baixos no Brasileirão e queda na semifinal da Conmebol Sul-Americana, para o Independiente Del Valle, do Equador. Atualmente, o treinador comanda o Santos Futebol Clube.
Em suas duas passagens pelo Alvinegro, Fábio Carille foi tricampeão do Paulista (2017, 2018 e 2019) e do Brasileirão (2017).
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