Mùi cỏ cháy đã nhận giải Bông sen Bạc tại Liên hoan phim Việt Nam lần thứ 17 tổ chức ở Tuy Hòa, Phú Yên, ngoài ra Hoàng Nhuận Cầm còn được giải Bông Sen Vàng cho Biên kịch xuất sắc nhất.[32][33] Tuy nhiên trước đó phim đã có dấu hiệu phạm quy do những phim truyện nhựa dự thi phải được sản xuất từ 1 tháng 10 năm 2009 đến 30 tháng 9 năm 2011[34] nhưng cuối cùng mặc dù chưa hoàn thiện phần hậu kỳ và Hội đồng duyệt mới chỉ xem phần hòa âm nhưng phim được đặc cách tham dự Liên hoan phim do Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch thẩm định có chất lượng nghệ thuật tốt và được sản xuất trong thời gian cho phép dự thi.[35]

Ngày 17 tháng 3 năm 2012, Mùi cỏ cháy đã được trao 4 giải Cánh diều vàng tại Lễ trao giải Cánh Diều Vàng 2011 cho phim điện ảnh xuất sắc nhất, âm nhạc xuất sắc (nhạc sĩ Đỗ Hồng Quân), biên kịch xuất sắc (Hoàng Nhuận Cầm) và quay phim xuất sắc nhất (Nghệ sĩ ưu tú Phạm Thanh Hà).[36] Đạo diễn Hữu Mười, Hoàng Nhuận Cầm và nhạc sĩ Đỗ Hồng Quân khi lên phát biểu nhận giải đều dành những lời tri ân cho các liệt sĩ. Đạo diễn Hữu Mười nói: "Vinh danh Mùi cỏ cháy, là vinh danh quá khứ, câu chuyện cách đây 40 năm về những chiến sĩ đã ngã xuống để bảo vệ Thành cổ Quảng Trị. Chúng ta không bao giờ được phép quên quá khứ, nếu quên quá khứ sẽ không có tương lai".[37]

Đoàn làm phim Mùi cỏ cháy còn được Tổng cục Chính trị (Bộ Quốc phòng) trao tặng bằng khen cho phim hay nhất về đề tài chiến tranh cách mạng.[38]

Tháng 9 năm 2012, Mùi cỏ cháy đã được Hội đồng tuyển chọn phim (thuộc Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch) chọn làm đại diện cho Việt Nam tranh đề cử ở hạng mục Phim nói tiếng nước ngoài hay nhất tại Giải Oscar lần thứ 85. Phim cũng thỏa mãn tất cả các tiêu chí của Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Điện ảnh đề ra với hạng mục Phim nước ngoài hay nhất: phát hành trong khoảng thời gian từ 1 tháng 10 năm 2011–30 tháng 9 năm 2012, được chiếu thương mại liên tục ít nhất 7 ngày tại thị trường nội địa.[39][40] Tuy nhiên, phim đã không được Viện Hàn lâm nghệ thuật điện ảnh và khoa học Mỹ đưa vào danh sách xem xét đề cử tranh giải.[41]