国家盃外围赛A组比赛中均首发出场，球队也以创纪录的全胜成绩晋级决赛圈。他在外围赛中共送出7次助攻，其中3次是在2011年9月以6比2大胜奥地利的比赛中创造，确保了德国得以提前两轮出线。此外他在外围赛中还射入3球，其中2球是在2011年3月以4比0战胜哈萨克斯坦的比赛中射入，另外1球则是在同年10月以3比1战胜土耳其的比赛中射入。穆勒同样入选了勒夫的最终23人名单参加2012年欧洲足球锦标赛决赛圈。他以首发身份参加了全部分组赛比赛，并在其后的两场淘汰赛中替补登场。最终德国队在半决赛中以1比2不敌意大利，无