O Liverpool liderou duas vezes na Turquia, mas não conseguiu proteger sua vantagem, sofrendo sua segunda derrota consecutiva sob Andoni Iraola.
Alexander Isak colocou os visitantes à frente no 69º minuto, apenas para o Fenerbahce responder com três gols em situações de bola parada. Mason Greenwood, Archie Brown e Vedat Muriqi balançaram as redes enquanto o time turco completava sua virada.
O resultado continuou um padrão preocupante para o Liverpool, que concedeu pelo menos três gols em cada um de seus últimos três grandes jogos europeus, tendo também sofrido três contra o LASK e o Villarreal.
Van Dijk admitiu que as atuações defensivas estavam se tornando uma preocupação séria.
"Definitivamente não é sustentável", disse o capitão do Liverpool.
"É por isso que é uma noite muito decepcionante por muitas razões, mas definitivamente por causa dos gols que concedemos e da maneira como os concedemos também. Há trabalho a fazer."
O holandês estava particularmente frustrado com a maneira como sua equipe defendeu as bolas paradas, tendo sido anteriormente confiável nessa área.
"Três bolas paradas também. Fomos muito bons nelas até agora nesta temporada, mas desligamos e não estávamos prontos para as primeiras e segundas bolas. É difícil de aceitar."
Perguntado se a derrota o deixou irritado, Van Dijk deixou claro que os jogadores estavam totalmente cientes de suas falhas.
"Sim, mas eu não mostrei isso porque todos pareciam decepcionados e eles têm razão para estar - eles deveriam estar decepcionados.
"Não podemos perder da maneira como perdemos. Mas perdemos e isso também se deve ao Fenerbahce."
O Liverpool havia vencido cinco partidas consecutivas antes de perder para o Arsenal e o Fenerbahce, e Van Dijk acredita que o período difícil deve se tornar uma oportunidade para o elenco fortalecer sua unidade.
"Eu mencionei após o último jogo [contra o Arsenal] que nós, como grupo, temos que passar por bons momentos, mas também por momentos menos bons", disse ele.
"Isso só formará um vínculo maior e será apenas benéfico. Ninguém quer perder jogos, especialmente da maneira como perdemos, mas isso deve apenas nos ajudar no futuro próximo.
"Não devemos aceitar perder, especialmente da maneira como perdemos."
O Liverpool agora deve voltar sua atenção para a viagem de domingo à Premier League contra o Crystal Palace, com Van Dijk ciente de que outro desafio exigente o aguarda.
"É enorme. Quando voltarmos a Liverpool, nos preparando e recuperando fisicamente e mentalmente, estaremos ansiosos", disse ele.
"Sempre é difícil no Palace e não espero nada diferente."