拜仁重返柏林，参加对阵云达不来梅的德国杯决赛。他在比赛中首发出场，拜仁最终以4比0战胜对手，实现了国内赛事的双冠王。穆勒在这项赛事中共射入4球并有2次助攻进账，令他成为该赛季德国杯的头号射手。该赛季的最后一场比赛是拜仁在马德里伯纳乌球场举行的2010年欧洲冠军联赛决赛中对阵国际米兰，拜仁志在包揽三项冠军。然而这并没有成为现实，随着来自迭戈·米利托的两个入球，拜仁以0比2告负。穆勒在比赛中首发出场，并在下半场开始后不久、拜仁以0比1落后的情况下获得过一次关键的得分机会，但他的射门却被对方守门员儒利奥·塞萨尔顽