Met het Duits elftal nam Hummels in 2016 deel aan het Europees kampioenschap voetbal in Frankrijk. Duitsland werd in de halve finale uitgeschakeld door Frankrijk (0–2), Hummels was geschorst voor deze wedstrijd. In de eerdere twee knock-outwedstrijden werden Slowakije (3–0) en Italië (1–1, 6–5 na strafschoppen) verslagen. In de laatst benoemde wedstrijd benutte Hummels zijn strafschop in de strafschoppenserie. Hummels maakte eveneens deel uit van de Duitse selectie, die onder leiding van bondscoach Joachim Löw deelnam aan de WK-eindronde 2018 in Rusland. Daar werd "Die Mannschaft" voortijdig uitgeschakeld. De ploeg strandde in de groepsfase, voor het eerst sinds het wereldkampioenschap 1938, na nederlagen tegen Mexico (0–1) en Zuid-Korea (0–2). In groep F werd alleen van Zweden (2–1) gewonnen, al kwam die zege pas tot stand in de blessuretijd. Hummels miste de laatstgenoemde wedstrijd.