El a marcat șase goluri pentru Armenia în preliminariile UEFA Euro 2012, grupa B, devenind astfel cel mai bun marcator din acea grupă. Deși Armenia nu s-a calificat la turneul final al UEFA Euro 2012, performanțele lui Mkhitaryan l-au făcut să fie numit în Dream Team-ul calificărilor pentru UEFA Euro 2012 cu șase goluri.