Pada tahun 2006, ia sudah terpilih dalam skuad 24 orang yang lebih luas untuk Kejuaraan Eropa oleh pelatih kepala Armin Emrich, tetapi ia akhirnya ditinggalkan dari skuad keliling. Müller akhirnya melakukan debut internasional penuh pada 18 Oktober 2007 melawan Jepang. Dia berhasil masuk ke tim Jerman untuk Kejuaraan Dunia 2007
; ia bermain enam pertandingan di turnamen, mencetak dua gol dan memenangkan medali perunggu. Setahun kemudian, Müller memutuskan untuk tidak berpartisipasi di Kejuaraan Eropa 2008, mengklaim bahwa dia perlu istirahat setelah periode tiga tahun yang panjang dan melelahkan di belakangnya.