В успешной для Бельгии отборочной кампании на чемпионат Европы 2016 года Мертенс забил три гола — два Андорре и один Израилю. В финальную заявку сборной на сам чемпионат Европы Дрис также был включён. Вновь он сыграл на турнире во всех пяти матчах своей команды, на этот раз в основном выходил на замену и лишь один матч начал в стартовом составе. Сборная Бельгии, как и за два года до этого, выбыла из борьбы за медали на стадии четвертьфинала, на этот раз уступив команде Уэльса.