Хюнтелар вышел на замену во второй игре чемпионата мира против Японии. Матч закончился со счётом 1:0, единственный гол забил Уэсли Снейдер. 24 июня 2010 года в матче с Камеруном Хюнтелар вышел на замену вместо Робина ван Перси и забил гол на 83-й минуте встречи, которая завершилась со счётом 2:0. Хюнтелар также заменил ван Перси в игре против Словакии и матче четвертьфинала против Бразилии. Он остался на скамейке запасных в финале против Испании. Матч закончился в дополнительное время. На 116-й минуте встречи Андрес Иньеста забил Нидерландам победный гол.