أكمل هذه الجملة: في المباراة الأولى لبايرن ميونخ، مُنح مولر جائزة رجل المباراة بعد تسببه بركلتي جزاء تم تسجيلهما من قبل ماريو غوميز وباستيان شفاينشتايغر، ثم أضاف مولر الهدف الثالث في ليحقق فوزًا بنتيجة 3–0 على آينتراخت براونشفايغ. احتاج مولر إلى خمس مباريات ليحرز هدفه الأول في الدوري؛ سجلها ضد شالكه في فوز بايرن 2–0. ثم سجل مولر في المباراة التالية لبايرن ميونخ على أرضه في بدايات المباراة، وفازوا 3–0. في 26 نوفمبر 2011، سجل مولر الهدف الأول في نصف ساعة من فوز البايرن 6–0 على إنغولشتات، ليصل إلى هدفه الثاني في كأس ألمانيا. كان مولر على القائمة المختصرة لجائزة الكرة الذهبية لهذا العام. في 10 و 15 يناير، في المباريات الودية لبايرن، سجل مولر ثلاثة أهداف في مباراتين، ثنائية ضد الهند (وفاز بعد ذلك بايرن 4–0) وهدف واحد في فوز البايرن الآخر 4–0 على روت–فايس اريفيت. قدم مولر تمريرات حاسمة في فوز بايرن ميونخ على شتوتغارت في كأس ألمانيا. في 11 فبراير، لعب بايرن ضد كايزرسلاوترن وأنهى مولر جفاف الأهداف الذي استمر منذ 24 سبتمبر 2011 بضربة رأس في فوزهم 2–0. في 31 مارس 2012، لعب مولر مباراته رقم 100 في الدوري الألماني ضد نورنبرغ. في 19 مايو 2012، سجل مولر الهدف الافتتاحي في
نهائي دوري أبطال أوروبا ضد تشيلسي بضربة رأس قوية. تم استبداله بعد ذلك بوقت قصير. لكن بايرن ميونخ خسر المباراة النهائية بركلات الترجيح. ذكر مولر مدى استيائه من مقدار الوقت الذي أمضاه على الدكة مؤخرًا. قال مولر إنه على الرغم من استياءه لا يزال يرغب بالبقاء في بايرن. خلال الموسم، سجل مولر سبعة أهداف في 34 مباراة بالدوري، وهدفين في خمس مباريات في كأس ألمانيا، وهدفين في 14 مباراة في دوري أبطال أوروبا.