После завершения карьеры в 1973 году стал тренером. Сначала Попов работал в молодёжной сборной, а с 1979 по 1987 год возглавлял мужскую команду СССР и выиграл с ней Олимпийские игры 1980, два Кубка мира в 1981 и 1983, чемпионат мира 1982 года, и три чемпионата Европы — в 1983, 1985 и 1987 году. На Играх 1992 года Попов руководил Объединённой командой, которая заняла 3-е место.
С 1993 по 1996 год работал главным тренером греческого «Олимпиакоса». С 1997 по 2000 год возглавлял мужскую сборную России. Затем с 2000 по 2006 Попов руководил командой «Динамо-Олимпийский», а с 2006 по 2008 вновь работал со сборной России[3]. Является вице-президентом Федерации водного поло России.
