25 января 2015 года, в игре против «Кьево», Бонуччи провёл свой 200-й матч за «Ювентус». 6 июня 2015 года Бонуччи вышел в стартовом составе «бьянконери» в финальном матче Лиги чемпионов 2014/15 против каталонской «Барселоны», но «Ювентус» потерпел поражение со счётом 3:1. 24 ноября 2015 года Бонуччи был номинирован на включение в состав «команды года» УЕФА. 2 марта 2016 года Леонардо впервые вышел на поле в качестве капитана «бьянконери» из-за отсутствия Джанлуиджи Буффона и Джорджо Кьеллини, забив решающий мяч в матче кубка Италии против «Интера» на «Сан-Сиро», что позволило «Ювентусу» выйти в финал, однако из-за жёлтой карточки, полученной во время матча, Бонуччи не смог принять участия в финальном матче, в котором «Ювентус» одержал победу и выиграл кубок. В начале сезона 2016/17 Леонардо забил мяч в матче против «Наполи», во время празднования забитого мяча показав руками инициалы своего сына, Маттео, который в это время испытывал серьёзные проблемы со здоровьем. 27 ноября Бонуччи получил травму в матче с «Дженоа», выбыв из строя на 60 дней. 19 декабря 2016 года Бонуччи продлил свой контракт с «Ювентусом» до 2021 года. 5 января 2017 года Бонуччи попал в команду года УЕФА. 17 февраля Бонуччи провёл свой 300-й матч в составе «старой синьоры». В общей сложности Леонардо провел за «Ювентус» 319 матчей и забил 19 мячей.