Протягом наступного десятиріччя залишався основним центральним захисником «бундестім», ставав бронзовим призером чемпіонату світу 2006 року і чемпіонату світу 2010 року, а також віце-чемпіоном Європи 2008 року. Останнім великим турніром для Мертезакера у збірній став чемпіонат світу 2014 року, на якому він виходив на поле у шести із семи ігор своєї команди і здобув у її складі титул чемпіона світу. Після цього тріумфу завершив кар'єру у збірній.