7 września 2013 w zwycięskim spotkaniu 3-0 z Austrią eliminacji do mistrzostw świata wpisał się na listę strzelców i tym samym wyrównał rekord Gerda Müllera wynoszący 68 bramek. 21 czerwca 2014 na mistrzostwach świata w Brazylii podczas meczu Niemcy – Ghana wyrównał rekord strzelonych bramek na MŚ należący do Brazylijczyka Ronaldo de Limy. 8 lipca 2014 podczas meczu Niemcy – Brazylia strzelił bramkę, zostając samodzielnym rekordzistą strzelonych bramek na mistrzostwach świata (16 bramek). Była to ostatnia bramka Klose dla Niemiec.

13 lipca 2014 roku pokonując w finale po dogrywce 1:0 Argentynę, sięgnął z reprezentacją Niemiec po mistrzostwo świata.

Wspomniany finał mundialu w Brazylii, był jego ostatnim meczem piłkarskiej reprezentacji Niemiec.

W kadrze Niemiec Miroslav Klose rozegrał 137 meczów, w których strzelił 71 bramek – czyni go to najskuteczniejszym strzelcem w historii niemieckiej drużyny narodowej. Z reprezentacją zdobył złoty, srebrny i dwa brązowe medale mistrzostw świata, a także srebrny medal mistrzostw Europy.

Kariera trenerska 1 listopada 2016 poinformowano, iż Klose będzie pełnił funkcję jednego z asystentów trenera reprezentacji Niemiec, Joachima Löwa.

11 czerwca 2024 roku Miroslav Klose został trenerem 1.