Zúčastnil se Mistrovství Evropy ve fotbale 2012 v Polsku a na Ukrajině. V prvním zápase (8. června 2012) nezabránil vysoké prohře českého mužstva 1–4 s Ruskem. Ve druhém zápase (12. června 2012) proti Řecku vyrobil v úvodu druhého poločasu za stavu 2–0 pro ČR fatální hrubku, následkem čehož řecký hráč Theofanis Gekas snížil. České mužstvo však výsledek 2–1 udrželo až do konce utkání. V závěrečném zápase základní skupiny A udržel Petr Čech čisté konto proti Polsku, Petr Jiráček gólem rozhodl o vítězství českého týmu 1–0 a postupu z prvního místa skupiny do čtvrtfinále. Čtvrtfinálový zápas ve Varšavě (21. června 2012) proti Portugalsku český tým prohrál 0–1 a s turnajem se rozloučil. Petr Čech nastoupil ke všem čtyřem zápasům české reprezentace na Mistrovství Evropy 2012.