Gjatë sezonit 2011–12, nën drejtimin e Jupp Heynckes, ish trajneri i tij te Leverkuseni, Kroos e vendosi veten e tij si titullar në formacion, duke formuar një mesfushë të fortë me kolegun te Gjermania Bastian Schweinsteiger. Ai luajti 51 ndeshje në të gjitha kompedicionet gjatë sezonit, përfshirë edhe finalen e Ligës së Kampioneve, ku Bayern u mposht nga gjuajtjet e penalltive nga Çelsi në Allianz Arena.