Después de un breve descanso, el equipo comenzó la temporada 2020-21 ganando la Supercopa de Europa por segunda vez en su historia. En un partido cerrado el Bayern venció 2:1 al Sevilla en tiempo suplementario, con Javi Martínez anotando el gol de la victoria. La racha culminaría el 27 de septiembre cuando el Hoffenheim derrotó 4:1 al Bayern en la segunda jornada de liga, cortando así una racha de 32 partidos invictos, además de una serie de 24 victorias consecutivas —que se había convertido en récord mundial tras superar las 22 victorias que consiguió el Real Madrid en 2014—. Pocos días después consiguió el quintuplete por segunda vez en su historia al vencer 3:2 al Borussia Dortmund en la Supercopa de Alemania. El Bayern culminó la histórica temporada con la consecución de la Copa Mundial de Clubes al vencer 1:0 con gol de Benjamin Pavard a los Tigres UANL de México, para así obtener el sextuplete. Posteriormente el Bayern falló en la defensa del título de la Liga de Campeones al quedar eliminado por gol de visitante ante el París Saint-Germain. Sin embargo, pudo conseguir su 9.° título consecutivo de liga, y además, Robert Lewandowski rompió el récord de más goles en una temporada de liga de Gerd Müller después de anotar 41 veces. Igualmente el 27 de abril, el club anunció que Flick pidió al club irse al final de la temporada, y que el entrenador del R. B. Leipzig, Julian Nagelsmann, se convertiría en el nuevo entrenador a partir del 1 de julio. Según varios informes, el Bayern pagó a Leipzig 25 millones de euros, un récord mundial para un entrenador, como compensación por los servicios de Nagelsmann. Más tarde se anunció que Flick se marchaba para hacerse cargo de la selección alemana.