El 26 de noviembre de 2019, Goretzka anotó su primer gol en la Liga de Campeones durante una victoria a domicilio por 6-0 ante el Estrella Roja de Belgrado. Jugó un papel fundamental en la consecución del triplete del Bayern bajo la dirección de Hans-Dieter Flick. Jugó la mayor parte de los partidos, incluida toda la campaña de la Liga de Campeones, formando una pareja de centrocampistas con Joshua Kimmich. Después de que Benjamin Pavard se lesionara y Kimmich tuviera que jugar como lateral derecho, Goretzka jugó como centrocampista de área a área junto a Thiago Alcántara, incluso en la final de la Liga de Campeones.