El 24 de septiembre de 2020, Goretzka marcó un gol en la victoria por 2-1 ante el Sevilla tras la prórroga de la Supercopa de Europa 2020. En abril de 2021, se perdió el partido de vuelta contra el París Saint-Germain en los cuartos de final de la Liga de Campeones por problemas musculares. Sin embargo, terminó la temporada ganando su tercer título consecutivo de la Bundesliga.