En mayo de 2012, el ariete fue incluido por Vicente del Bosque en la para disputar la Eurocopa en Ucrania y Polonia, competición en la que la Selección de Fútbol de resultó vencedora frente a el 1 de julio de 2012 en el Estadio Olímpico de Kiev y en la que Llorente no disputó ningún minuto de juego en la fase final de la Eurocopa 2012 a pesar de su buen papel en la fase de clasificación.