Tại trận chung kết Euro 2008, trận chung kết giải đấu lớn thứ hai của Klose sau trận chung kết World Cup 2002 gặp Brasil, Đức lại một lần nữa thất bại và lần này là trước Tây Ban Nha. Bàn thắng duy nhất trong trận đấu của Fernando Torres ở phút 33 khiến Klose và các đồng đội bỏ lỡ cơ hội có được danh hiệu vô địch Euro lần đầu tiên. Anh còn bị thay ra ở cuối hiệp 2 để nhường chỗ cho tiền đạo Mario Gómez.