Van Nistelrooij werd op 30 augustus 2010 weer opgenomen in de selectie van het Nederlands Elftal, ter vervanging van de geblesseerde Robin van Persie. Hij is opgeroepen voor twee wedstrijden in de kwalificatie voor het EK in 2012, tegen San Marino en Finland. In de wedstrijd tegen San Marino maakte Van Nistelrooij het laatste doelpunt, die met 0-5 gewonnen werd. Hij bracht zijn totaal daarmee op 34 goals in 65 wedstrijden, waarmee hij Abe Lenstra en Johan Cruijff wat betreft doelpunten voor Nederland voorbij ging: zij kwamen beiden tot 33 officiële doelpunten.