Götze memberikan "assist" dan mencetak gol untuk Dortmund dengan skor akhir 3–0 di "leg" kedua melawan Shakhtar Donetsk pada tanggal 5 Maret 2013, lolos ke babak perempat-final Liga Champions. Dortmund telah lolos ke babak perempat-final untuk pertama kali setelah 15 tahun terakhir. Götze tidak bermain di pertandingan final melawan Bayern München di Stadion Wembley, London, setelah mengalami cedera paha saat menghadapi Real Madrid di leg kedua babak semi-final, dengan kekalahan 2–0 tetapi tetap lolos dengan skor agregat 4–3. Dortmund kalah di pertandingan final dengan skor 2–1 setelah gol telat Arjen Robben mengunci kemenangan Bayern.