In oktober 2009 werd Bílek aangesteld als de nieuwe bondscoach van Tsjechië, nadat zijn voorganger Ivan Hašek er niet in was geslaagd het land naar het Wereldkampioenschap 2010 te loodsen. Bílek slaagde erin om zich met Tsjechië te plaatsen voor het EK 2012 in Polen en Oekraïne, waar de ploeg in de kwartfinales werd uitgeschakeld door Portugal (1-0) na een rake kopbal van Cristiano Ronaldo.