Götze er et produkt av Dortmunds ungdomsakademi, han kom inn i klubben som åtteåring. Han gjorde sin Bundesliga-debut den 21. november 2009 i en 0–0-kamp mot FSV Mainz 05, Götze kom inn som innbytter for Jakub Błaszczykowski i det 81. minutt. I løpet av 2010/2011-sesongen i Bundesligaen, forfremmet Borussia Dortmund-trener Jürgen Klopp; Mario Götze til førstelaget, siden Shinji Kagawa hadde lidd en skade og ikke var i stand til å spille for resten av sesongen. Götze tok sjansen og var en viktig brikke i veien mot seriegull for Borussia Dortmund. Han scoret seks mål og hadde 15 målgivende.