Trong trận chung kết NBA 2011, Dallas một lần nữa phải đối mặt với Miami Heat, đội bóng hùng mạnh đã chiêu mộ LeBron James và Chris Bosh - 2 cầu thủ đẳng cấp All-Stars trước khi mùa giải bắt đầu. Trong trận thua ván 1 ở Miami, Nowitzki bị rách gân ngón chân giữa bên trái; tuy nhiên, MRI cho kết quả âm tính, và Nowitzki đã tuyên bố rằng chấn thương này sẽ không gây ảnh hưởng lớn. Trong game 2, anh ấy đã dẫn dắt Dallas lội ngược dòng từ bị dẫn trước 88–73 ở hiệp 4, thực hiện cú đánh ném bằng tay trái trước Bosh để kết thúc trận đấu với chiến thắng. Miami dẫn trước loạt 2-1 sau khi Nowitzki bỏ lỡ một cú ném có khả năng đưa trận đấu vào hiệp phụ. Mặc dù bị sốt 38 °C trong game 4, anh ấy đã có 1 cú ném chính xác để tiếp tục cân bằng tỷ số 2-2, làm gợi nhớ đến "Flu Game" của Michael Jordan trong trận chung kết NBA 1997 đối đầu Utah Jazz. Dallas tiếp tục giành chiến thắng trong hai trận đấu tiếp theo, với Nowitzki ghi 10 điểm trong hiệp bốn trong trận đấu then chốt ở Miami. Đây là chức vô địch đầu tiên trong lịch sử của đội bóng vùng Texas. Nowitzki cũng được vinh danh là Cầu thủ xuất sắc nhất loạt trận NBA Finals.