Jabarkan Musim 2009–2010 dari Thomas Müller

Müller pernah hampir dipinjamkan atau bahkan ditransfer untuk mencari pengalaman dalam bermain sepak bola di tim utama, tetapi saat Louis van Gaal ditunjuk sebagai manajer, Müller dan Badstuber menjadi pemain tetap dalam tim utama Bayern sejak awal musim. Dalam beberapa pertandingan pertama, Müller merupakan pemain pengganti tetap, dan pada 12 September 2009, dia dimainkan dalam pertandingan melawan Borussia Dortmund dan mencetak dua gol dalam kemenangan 5–1. Tiga hari kemudian, dia mencetak dua gol lainnya dalam kemenangan 3–0 pada pertandingan Liga Champions atas Maccabi Haifa. Dia menjadi Bundesliga Player of the Month untuk bulan September dan memperoleh pujian dari Gerd Müller, mantan penyerang legendaris Bayern dan Jerman dengan nama marga yang sama. Setelah pertandingan melawan Haifa, Müller dimasukkan ke dalam lini utama di hampir setiap pertandingan, dan hanya melewatkan satu pertandingan, yakni pertandingan Liga Champions melawan Bordeaux, yang pada saat itu dia terkena akumulasi kartu, karena dia dikeluarkan dalam pertandingan awal melawan tim yang sama.

Pada Februari 2010, Müller menandatangani kontrak bersama Bayern München hingga tahun 2013. Selama paruh kedua musim, Müller kembali masuk ke dalam lini utama tetap, dan biasanya bermain di posisi penyerang tengah karena ketersediaan pemain sayap yang diisi oleh Franck Ribéry dan Arjen Robben. Pada April 2010, dia mencetak gol kedua dalam kemenangan 2–1 atas rival Schalke 04, dan dalam pertandingan pamungkas liga pada musim yang sama, dia mencetak hat-trick pertama dalam kariernya, dalam kemenangan 3–1 atas VfL Bochum sekaligus mengamankan gelar juara Jerman bagi Bayern. Gelar tersebut dipastikan sepekan kemudian melalui kemenangan 3–1 atas Hertha BSC. Pada pertandingan tersebut Müller bermain sebagai pemain lini utama.

Di sepanjang musim, dia bermain dalam ke-34 pertandingan Bundesliga, bermain sebagai pemain lini utama dalam 29 pertandingan, serta menorehkan 13 gol dan 11 assist. Bayern and Müller kembali ke Berlin pada pekan berikutnya, untuk menghadapi Werder Bremen dalam pertandingan final DFB-Pokal. Müller bermain di lini utama dan Bayern memenangkan pertandingan 4–0 sekaligus melengkapi gelar double dalam kompetisi domestik. Müller mencetak empat gol dan memberikan dua assist selama kompetisi, yang menjadikannya sebagai pencetak gol terbanyak sepanjang musim ini. Musim ini diakhiri dengan perburuan treble pertama, melalui pertandingan Final Liga Champions 2010 melawan Inter Milan di Stadion Santiago Bernabéu di Madrid. Sayangnya, hal tersebut tidak terwujud setelah kalah 2–0 berkat kedua gol dari Diego Milito. Müller masuk ke dalam lini utama dan memperoleh peluang kunci setelah babak pertama, saat tertinggal 1–0, tetapi tendangannya diselamatkan oleh Júlio César. Müller merasa sangat kecewa karena kekalahan ini, tetapi dia mengakhiri musim pertamanya sebagai pemain tim utama dengan 52 pertandingan dan 19 gol di semua kompetisi.

Dalam suatu jajak pendapat yang dibuat oleh majalah olahraga kicker, dia dipilih oleh rekan sesama pemain profesional sebagai pendatang baru terbaik untuk musim 2009–2010 dan masuk ke dalam daftar pemain tim pilihan Bundesliga musim ini. Müller berterima kasih kepada Van Gaal karena telah menjadi bagian dari kesuksesan awalnya – pelatih yang datang dengan reputasinya karena mempromosikan pemain dari tim usia muda, terutama di Ajax, dan konsisten memberi Müller kesempatan bermain dalam tim utama, seperti yang dikatakan Van Gaal, "Müller spielt bei mir immer" ("bersama saya, Müller akan selalu bermain"). Sebagai balasannya, Müller menyebut Van Gaal sebagai "teknisi jenius" yang membuat para pemainnya "berkembang setiap saat."