В матче за Суперкубок Германии «Бавария» проиграла «Боруссии» из Дортмунда со счётом 2:0, а Мюллер был заменён на 46 минуте. Бундеслига для Томаса началась с гола в первом же матче против «Вольфсбурга» (2:1). В Лиге чемпионов Мюллер провёл первый матч 17 сентября 2014 года в группе С, в матче против «Манчестер Сити» (1:0). В следующем матче против «ЦСКА» он реализовал пенальти, этого гола хватило для победы. 21 октября «Бавария» в гостях разгромила «Рому» 7:1, а Мюллер забил пенальти на 36 минуте. Последний матч группового этапа проходил на домашнем стадионе против ЦСКА, который завершился со счётом 3:0, а Мюллер в 3-й раз отметился реализованным пенальти. В ответной встрече 1/8 финала «Бавария» дома разгромила донецкий «Шахтёр», Мюллер забил дважды. Во втором матче четвертьфинала «Бавария» обыграла Порту, 6:1, Мюллер забил один гол. В полуфинальном противостоянии с «Барселоной» Мюллер также забил гол, но «Бавария» уступила по сумме двух матчей. 21 января 2018 года в матче 19-го тура чемпионата Германии против «Вердера» (4:2) Мюллер оформил дубль, для него эти голы стали для 99-м и 100-м в Бундеслиге. Мюллер стал пятым игроком в истории «Баварии», которому покорилась данная отметка. Больше голов забивали только Дитер Хёнесс (102 гола), Роланд Вольфарт (119), Карл-Хайнц Румменигге (162) и Герд Мюллер (365).