Ostatnim wielkim turniejem w karierze Overmarsa były mistrzostwa Europy 2004 w Portugalii. Overmars wystąpił wówczas we wszystkich spotkaniach "Pomarańczowych" w podstawowym składzie, a drużyna prowadzona przez selekcjonera Dicka Advocaata grała tam bardzo ofensywną i ładną dla oka piłkę, co uczyniło ją jednym z kandydatów do triumfu. Niestety Pomarańczowi zakończyli turniej w półfinale, w którym przegrali 2:1 z gospodarzami turnieju – reprezentacją Portugalii. To był ostatni mecz Overmarsa dla "Pomarańczowych".