Jabarkan Piala Dunia 2010 dari Miroslav Klose

Klose kembali terpilih ke dalam skuat Jerman untuk bertanding di Piala Dunia ketiganya. Pada tanggal 13 Juni, Klose mencetak gol kedua Jerman ke gawang  saat menang 4–0. Gol ini menjadikan raihan golnya di Piala Dunia setingkat dengan mantan pelatihnya, Jürgen Klinsmann. Akan tetapi, Klose dikeluarkan dari lapangan pada menit ke-37 pada pertandingan melawan , dan tidak bermain dalam pertandingan melawan  karena sanksi kartu merah.

Ia kembali mencetak gol setelah mendapat umpan cantik yang langsung berasal dari tendangan Manuel Neuer, pada babak 16 besar kontra  pada 27 Juni 2010, yang berakhir dengan kemenangan 4–1 untuk Jerman. Gol ini merupakan gol kedua belasnya di Piala Dunia, yang menyaingi torehan Pelé di peringkat keempat pencetak gol terbanyak Piala Dunia sepanjang masa, yang juga menggenapkan koleksi gol internasionalnya menjadi 50 gol dari 99 penampilan.

Klose membuat penampilan internasionalnya yang ke-100 saat berjumpa  di babak perempat final, dan menjadi pemain Jerman keenam yang mampu mencapai raihan tersebut. Ia mencetak gol kedua dan keempat bagi Jerman (Jerman menang 4–0), yang menjadikan rekor golnya sejajar dengan pencetak gol terbanyak Jerman di Piala Dunia, Gerd Müller. Jerman mengakhiri kompetisi sebagai juara ketiga.