Trận đấu cuối cùng của Klose tại các kỳ World Cup là trận chung kết World Cup 2014 với Argentina. Anh được đá chính từ đầu và bị thay ra ở phút 88 để nhường chỗ cho Mario Götze, cầu thủ sau đó đã ghi bàn thắng duy nhất của trận đấu để giúp đội tuyển Đức có danh hiệu vô địch World Cup lần thứ tư trong lịch sử, đồng thời Đức trở thành đội tuyển châu Âu đầu tiên vô địch World Cup trên đất châu Mỹ.