2011-12 Po transferze Cesca Fàbregasa do Barcelony w sierpniu 2011 roku Vermaelen został wicekapitanem Arsenalu, a Robin van Persie kapitanem. W dniu 6 września 2011 r. Vermaelen przeszedł leczenie ścięgna Achillesa, które wykluczyło go z gry na sześć tygodni. W dniu 18 października 2011 podpisał przedłużenie kontraktu, aby został w klubie przez jeszcze cztery lata. Powrócił na długo oczekiwany mecz z Boltonem Wanderers w czwartej rundzie Pucharu Ligi, gdzie poprowadził swoją drużynę do zwycięstwa 2:1 na Emirates Stadium. Doznał podejrzenia kontuzji łydki w 84. minucie, ale ku uldze Arsenalu okazało się, że to był tylko skurcz. 1 listopada Vermaelen rozpoczął swój pierwszy od trzech miesięcy mecz Ligi Mistrzów przeciwko Marsylii. Odegrał w nim kluczową rolę w utrzymaniu czystego konta Kanonierów, dzięki czemu spotkanie zakończyło się remisem 0:0.