46歳の彼は2024年夏、解任されたマウリシオ・ポチェッティーノの後任としてチェルシー監督に就任した。 2025年1月の解任まで公式戦92試合(55勝16分21敗)を指揮した。解任のきっかけは、2025年末のアストン・ヴィラ戦1-2敗戦とボーンマス戦2-2引き分けだった。
11月にはチャンピオンズリーグでバルセロナを3-0で下し、同月のプレミアリーグ月間最優秀監督賞も受賞したが、クラブ経営陣との対立が表面化し、オーナーは契約解除を決断した。在任中、マレスカはヨーロッパカンファレンスリーグとクラブワールドカップで優勝した。