Löwin johdolla Saksa aloitti EM2016-karsinnat tahmeasti. Niukkaa voittoa Skotlannista seurasi historian ensimmäinen tappio Puolalle 2–0 ja kotitasapeli Irlantia vastaan. Saksa kuitenkin ryhdistäytyi ja hävisi lopuista karsintaotteluistaan vain yhden Irlannille vieraissa. Näin Saksa eteni lopulta lohkovoittajana lopputurnaukseen. Saksan neljännen mestaruuden metsästys, ja ensimmäisen sitten vuoden 1996, alkoi kangerrellen. Saksa voitti hyvin pelanneen Ukrainan 2–0 ja jäi maalittomaan tasapeliin Puolan kanssa. Lohkon viimeisessä ottelussa tuli nihkeä voitto tiiviisti puolustaneesta Pohjois-Irlannista 1–0. Lohkovoitosta huolimatta Saksa joutui kovaan jatkopolkuun. Se pudotti neljännesvälierissä Slovakian vahvan esityksen jälkeen 3–0. Puolivälierissä joukkue joutui tiukoille Italiaa vastaan ja voitti lopulta niukasti rangaistuspotkuilla, joiden yhdeksännessä parissa Saksan Jonas Hector sinetöi voiton. Saksan tie katkesi lopulta välierätappioon Ranskalle 2–0. Kisojen jälkeen Löw ja Saksan pelaajat kritisoivat laajennettuja EM-kisoja, sillä mukana oli heidän mielestään liikaa vain puolustamiseen keskittyneitä joukkueita. Löw itse jäi kisoissa mieleen kaiveltuaan ensin intiimialueitaan ja nuuhkittuaan tämän jälkeen sormiaan tv-kameroiden edessä. EM-kisojen jälkeen Löw vahvisti jatkavansa maajoukkuevalmentajana MM-kisoihin 2018 saakka.