EM-kisoissa 2012 Gómez oli Saksan paras maalitekijä kolmella osumallaan. Gómez oli Joachim Löwin ykkösvaihtoehto kärkeen, vaikka joukkueessa mukana oli myös Saksan maajoukkuehistorian paras maalintekijä Miroslav Klose. Portugalia vastaan Gómez puski tyylikkäästi pallon Rui Patrícion selän taaksen, kun pelikellossa oli 72 minuuttia. Maali jäi ottelun ainoaksi. Myös Hollantia vastaan Saksa oli Gómezin maalien varassa, kun hän viimeisteli ensimmäisen jakson aikana kahdesti ja Saksa voitti lopulta 2–1-luvuin. Tanskaa vastaan Gómez jatkoi Saksan avauskokoonpanossa ja syötti Lukas Podolskin tekemän 1–0-maalin. Puolivälierään Kreikkaa vastaan Saksa lähti rajusti muuttuneella hyökkäyksellä ja Gómez aloitti ottelun penkiltä, tullen 80 minuutin kohdalla kentälle. Välieräotteluun Italiaa vastaan Gómez palasi avaukseen, mutta Löw vaihtoi hänet Kloseen ottelun puoliajalla.