Götze mencetak gol pertamanya bagi timnas Jerman saat kemenangan 3–2 atas di partai persahabatan pada 10 Agustus 2011. Gol tersebut, yang ia cetak saat usianya 19 tahun 68 hari, menjadikan Götze sebagai pencetak gol termuda bagi timnas senior Jerman setelah masa perang dunia bersama Klaus Stürmer, yang mencetak gol pada debutnya saat menghadapi Prancis pada 16 Oktober 1954. Götze mencetak gol keduanya bagi timnas Jerman saat kemenangan 6–2 atas pada 2 September 2011. Dia masuk ke dalam skuat 23 pemain untuk UEFA Euro 2012 pada 28 Mei 2012. Götze memulai debut turnamennya sebagai pemain pengganti pada menit ke-80 pada pertandingan melawan Yunani dengan kemenangan 4–2.