Dia menjaringkan enam gol untuk Armenia ketika kelayakan UEFA Euro 2012 kumpulan B, menjadikannya penjaring terbanyak dalam kumpulan itu. Walaupun Armenia gagal melepasi pusingan kelayakan UEFA Euro 2012, persembahan Mkhitaryan membolehkannya dimasukkan dalam Pasukan Impian Kelayakan UEFA Euro 2012 dengan enam gol.