In una regular season 2020 che vide ridotto il numero di partite complessive a causa della pandemia di COVID-19, Buehler fece 8 partenze e chiuse con un record di 1-0, con una media PGL di 3,44 e 42 strikeout in 36,2 inning. In gara 3 delle World Series 2020 contro i Tampa Bay Rays, Buehler ottenne la vittoria con 10 strikeout in 6 inning, concedendo solo un punto e tre valide. Diventò il terzo lanciatore più giovane con almeno 10 strikeout e 3 (o meno) valide concesse in una partita valida per le World Series, dietro a Ed Walsh (nel 1906) e Josh Beckett (nel 2003). I Dodgers finirono per vincere il titolo in 6 partite.