La saison suivante, Willkinson retrouve la Coupe d'Europe avec le club toulonnais qui y fait ses débuts. Le joueur anglais y est décisif et le club se qualifie pour les quarts de finale en battant le Munster lors de la cinquième journée. Entre-temps, il prolonge son aventure en France en signant un nouveau contrat qui le lie au club varois jusqu'en 2013. Blessé au mois de novembre, il n'est pas présent dans le groupe anglais qui effectue les test-matchs de novembre. En revanche, il est retenu pour jouer les Six Nations et Martin Johnson le positionne encore comme doublure de Toby Flood. Il est ensuite sélectionné pour la Coupe du monde. Il parvient à s'imposer comme titulaire et il participe à trois matchs de poule; les Anglais accèdent en quart de finale en battant l'Argentine (13-9), la Géorgie (41-10), la Roumanie (67-3) et l'Écosse (16-12). Les Anglais parviennent à l'emporter contre l'Écosse en inscrivant un essai par Chris Ashton en toute fin de match, après que Jonny Wilkinson ait seulement converti deux coups de pied sur six tentés et que l'Écosse ait mené toute la rencontre. Mais l'équipe anglaise est éliminée par la France en quart-de-finale. Peu de temps après, Wilkinson annonce sa retraite internationale au mois de . En 2012, le RC Toulon, 20 ans après son dernier sacre, parvient en finale du championnat qu'il perd face au Stade toulousain. Le club a auparavant battu le Racing Métro 92 17-14 en quart, et l'ASM Clermont Auvergne 15-12 en demi-finale. Jonny Wilkinson et ses coéquipiers disputent et perdent également la finale du Challenge européen 2011-2012 sur le score de 21 à 18 contre le Biarritz olympique. Aucun essai n'est marqué lors de la rencontre qui se résume à un duel de buteurs : Dimitri Yachvili passe sept pénalités contre cinq et un drop pour Jonny Wilkinson.