La stagione 2011-2012 è quella della prima affermazione internazionale con la maglia del Chelsea: il 19 maggio 2012, nella finale contro il Bayern Monaco padrone di casa, Čech vince la sua prima Champions League. Nella stessa partita para un rigore ad Arjen Robben nel corso dei tempi supplementari e neutralizza quelli di Bastian Schweinsteiger e Ivica Olić nella serie dei calci di rigore, che danno ai "Blues" la vittoria finale dopo l'1-1 maturato al termine dei tempi supplementari. Il 28 maggio 2012 rinnova il suo contratto con il Chelsea fino al 2016. Nella stessa annata conquista anche la quarta FA Cup.