独中两元，帮助拜仁五比一横扫对手，不仅打入德甲处子球，还超额完成了任务，他也在赛后被媒体评为本场比赛的最佳球星。2009年9月13日盖德·穆勒将托马斯·穆勒钦点为自己的接班人，2009年9月16日2009-10赛季欧冠第一轮，拜仁对阵海法马卡比，比赛第八十五分钟，奥特尔禁区内接普拉尼奇直塞球回敲中路，穆勒在禁区弧顶处得球后右脚抽射球门底角得分，将比分扩大为二比零，三分钟后戈麦斯利用速度摆脱后卫防守后右路传中，穆勒门前近距离右脚捅射破网，将比分定格为三比零。
2010年5月1日2009-10赛季德甲第三十三轮，拜仁主场迎战波鸿，第十八分钟穆勒门前两米处接拉姆传中抢点破门，第二十分钟穆勒接里贝里传球头球攻门，第六十九分钟穆勒在禁区中接到范博梅尔的助攻，一脚射门穿过后卫直奔球门死角，黑尔瓦根扑救不及，穆勒完成了自己在拜仁一队的首个帽子戏法，最终帮助拜仁三比一击败波鸿，力压主场零比二负于不来梅的沙尔克04提前夺得德甲联赛冠军。
2012年5月20日第五十七届欧冠决赛，拜仁主场迎战切尔西，第八十三分钟克罗斯左路斜传，穆勒后点距门五米处冲顶弹地越过切赫指尖贴横梁入网，顶进冠军联赛决赛史上第五十球，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。第四十九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2012-13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2012-13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、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
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