Po Mistrovství Evropy ve fotbale 2012 přestoupil do týmu německé Bundesligy FC Augsburg za částku kolem 10 miliónů korun. Podepsal tříletý kontrakt. Setkal se zde s krajanem Janem Morávkem, jenž v týmu působil na jaře na hostování a před letní přestávkou přestoupil z FC Schalke 04. Právě Morávek pomáhal Petrželovi s vyřizováním mimofotbalových záležitostí. Během prvních 7 kol německé Bundesligy hrál Milan Petržela v 6 utkáních, třikrát střídal a třikrát byl střídán, gól nevstřelil. Po sezoně 2012/13 se s klubem dohodl na předčasném ukončení smlouvy.