Müller debuterte for Tyskland sitt A-landslag 3. mars 2010 i ein privatlandskamp heime mot Argentina. Han vart teken ut i Tyskland sin tropp til fotball-VM i Sør-Afrika same året, og dette vart det store internasjonale gjennombrotet hans. Han spelte seks av Tyskland sine sju kampar, men måtte stå over semifinalen grunna to gule kort. I den første gruppekampen, mot Australia, skåra han det første landslagsmålet sitt, og han skåra til saman fem mål i turneringa. Han vart dermed delt toppskårar i turneringa, saman med tre andre spelarar som òg skåra fem mål. Müller hadde flest målgivande pasningar i tillegg, og vann dermed toppskårarprisen "gullstøvelen". Han vart òg kåra til beste unge spelar i turneringa.
_33.jpg)
