В сборной Мюллер дебютировал на Евро 1976, где он сыграл значительную роль в том что немцы дошли до финала. В матче против Югославии, когда немцы проигрывали 1:2, Дитер вышел на замену и забил три гола, что позволило Германии победить 4:2 в овертайме.