La Coupe du monde 2011 est la Coupe du monde à laquelle elle participe. Le , lors du match quart de finale contre le Brésil, Wambach marque un but de la tête dans le temps additionnel, pour forcer une séance de tirs au but. Les Américaines remportent le match et se qualifient pour la demi-finale. Le lors de la demi-finale, à la , Wambach fait encore parler sa tête. Sa reprise sur un coup de pied de coin de Lauren Cheney est aussi puissante que précise au deuxième poteau pour marquer et prendre l'avantage contre la France. Les États-Unis mènent alors 2-1 puis 3-1 et accèdent à la finale du Mondial. Ce troisième but de Wambach au cours du Mondial féminin 2011 l'a fait rejoindre sa compatriote Michelle Akers au troisième rang des buteuses dans l'histoire de la Coupe du monde. Dans la finale de cette même compétition, elle marque le deuxième but américain à la fin de la première mi-temps de la prolongation face aux Japonaises.