Zúčastnil se Mistrovství Evropy 2012, kde mělo Polsko jako pořadatelská země (společně s Ukrajinou) jistou účast. V zahajovacím utkání celého šampionátu 8. června se střetlo Polsko s Řeckem a Robert vstřelil v 17. minutě hlavou první gól turnaje. Na tři body to nestačilo, oba soupeři si připsali po bodu za remízu 1:1. 12. června se opět zrodila remíza 1:1 polského národního mužstva s Ruskem a Lewandowski dostal v zápase žlutou kartu. V přímém souboji o čtvrtfinále s Českou republikou 16. června pohřbil polské naděje na historicky první postup ze základní skupiny jediným gólem utkání český záložník Petr Jiráček. Polsko obsadilo se ziskem 2 bodů poslední čtvrté místo základní skupiny A.