Den 25. august 2012, gikk Real Madrid med på å låne ut Şahin til Liverpool på et sesong langt lån, der han fikk trøye nr 4. Den 2. september 2012, debuterte han for «the Reds» i 2-0 tapet hjemme mot Arsenal i Premier League, da han spilte 65 minutter før han ble byttet med Shelvey. 26. september skåret han sitt først og andre mål for klubben i 3. rundekampen av ligacupen mot West Bromwich Albion som endte med 2–1 seier. Han skåret sitt første mål i Premier League tre dager senere i en 5–2 seier over Norwich City. I begynnelsen av januar 2013 dukket det opp rykter om Şahins tid i Liverpool nærmet seg slutten, og at klubben ønsket å avslutte låneavtalen. Şahin endte oppholdet i Liverpool med totalt 12 kamper, derav 7 i Premier League.