史上第五十球，拜仁一比零领先，穆勒是2001年埃芬博格之后首位欧冠决赛进球的德国球员，但德罗巴随即头槌扳平，点球决战中拜仁三比四告负，2012年12月19日拜仁慕尼黑宣布与穆勒签约至2017年6月30日。
    2013年4月24日欧洲冠军联赛半决赛首回合，拜仁主场迎战巴塞罗那，第二十四分钟丹特头球摆渡，穆勒右门柱边冲顶首开记录。第四十9分钟穆勒接罗本右侧开出的角球，后点头球摆渡，助攻戈麦斯，穆勒成为欧冠近十个赛季首位对阵巴萨同时贡献进球和助攻的德国球员，第八十二分钟穆勒在门前五米处推进空门。穆勒2012一13赛季欧冠攻破了所有六个对手的球门，成为继齐克勒和埃芬博格之后，欧冠第三位攻破巴萨球门的德国球员，他也是继齐克勒对阵皇马之后，欧冠第二位单场两破西甲球队大门的德国球员，最终拜仁慕尼黑以四比零取胜，创造冠军联赛半决赛最悬殊比
    分。
    2013年5月26日2012一13赛季欧洲冠军联赛决赛中，穆勒也多次帮助队友获得得分机会，最终拜仁慕尼黑二比一战胜多特蒙德，捧得第五座大耳朵杯，拉姆c施魏因施泰格和穆勒共同创造德国球员参加冠军联赛决赛纪录，穆勒也成为第七年轻的三次出战冠军杯决赛的球员。
    2013年3月31日德甲第二十七轮，拜仁9比二大胜汉堡，穆勒在汉堡队禁区上演了一幕狗刨式突破法，连滚带爬地晃过了汉堡队两名防守球员，这一幕也让球迷们开心不已，2013一14赛季德甲联赛中穆勒出场二十9次，打进十三粒进球，贡献十次助攻，帮助拜仁慕尼黑卫冕德甲冠军。
    在欧冠联赛中穆勒出场十二次，打进五粒进球，贡献一次助攻，却依然无法阻止拜仁慕尼黑在欧冠半决赛两回合零比五惨败给本届欧冠冠军皇家马德里，在德国杯中穆勒出场六次，打进八球，帮助拜仁慕尼黑夺取德国杯冠军并夺取德国杯金靴。

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