Ďalším míľnikom v jeho kariére bola účasť na súťaži Melodifestivalen 2007, ktorá bola zároveň švédskou kvalifikáciou na Eurovision Song Contest 2007. Súťažil s piesňou „Cara Mia“ v treťom semifinále 17. februára 2007 v meste Örnsköldsvik a postúpil do finále, ktoré sa konalo 10. marca v Globen aréne v Štokholme. Celkovo skončil na treťom mieste. Zelmerlöw naplno zužitkoval získanú popularitu, pieseň „Cara Mia“ vyšla ako singel a krátko po nej vydal svoj debutový album „Stand by For...“. Album sa čoskoro stal najpredávanejším vo Švédsku a od Medzinárodnej federácie fonografického priemyslu IFPI získalo platinový certifikát predajnosti. Všetky štyri single z albumu sa umiestnili v švédskej top 50 najhranejších skladieb. „Stand by For...“ sa začal predávať v septembri 2007 aj v Poľsku.