Poulsen hrál i na Euru 2012, kde se Dánsko střetlo v základní skupině B („skupina smrti“ - nejtěžší základní skupina na turnaji) postupně s Nizozemskem (9. června, výhra 1:0, dostal žlutou kartu), Portugalskem (13. června, prohra 2:3) a Německem (17. června, prohra 1:2). Ke všem třem zápasům nastoupil v základní sestavě, Dánsko získalo 3 body a umístilo se na třetí příčce, což na postup do čtvrtfinále nestačilo.