Thorkildsen ble europamester i Barcelona 31. juli 2010 etter et bestekast på 88,37. Kvalifiseringa til finalen ble mer spennende enn forventet ut ifra at Thorkildsen i 2010 hadde vunnet alle unntatt en av konkurransene sine: Etter to døde kast, sikret han med et kast på 78,82 i tredje omgang, men gikk allikevel greit videre som 6. mann etter at kun tre deltakere klarte kvalifiseringsgrensa på 81 meter. Finalen skulle også by på overraskelser idet tyskeren Matthias de Zordo med et kast på 86,22 satte personlig rekord med nesten to meter allerede i sitt første kast. Imidlertid svarte Thorkildsen med å kaste 10 cm lenger i sitt første. Tyskeren, som var den eneste som hadde vunnet over Thorkildsen til da i 2010 (lag-EM, Fana, juni) forbedret sin nye rekord med ytterligere drøyt halvannen meter til 87,81 i andre omgang, men Thorkildsen svarte med det som skulle bli vinnerkastet, 88,37. Dermed har Andreas Thorkildsen tatt medalje i sitt sjuende mesterskap på rad.