Với chiều cao 2 m (6 ft 6 1⁄2 in), Mertesacker luôn chiếm lợi thế ở các pha không chiến và cả những tình huống trên mặt đất.[32] Anh thường xuyên sử sụng sức mạnh để tì đè nhằm không cho cầu thủ đối phương tiếp xúc được quả bóng và khả năng tắc bóng để giành bóng trong chân đối phương.[33] Anh hiếm khi vào bóng hụt hoặc thực hiện những pha chơi bẩn.[34][35] Vấn đề của anh đó là sự chậm chạp[36][37] và điều này đã được phơi bày trong trận giao hữu trước Ba Lan.[34][37] Anh đã bù đắp cho sự thiếu tốc độ của anh bằng cách chọn vị trí và óc phán đoán xuất sắc.[34] Mặc dù có thể hình cao to nhưng anh lại là một cầu thủ chơi đẹp và hiếm khi có những tình huống phạm lỗi.[32] Do chiều cao và sức mạnh của mình, Mertesacker cũng là một mối đe dọa đối với khung thành đối phương trong các tình huống cố định.[38]

Mertesacker cũng nổi tiếng là một người có sức chịu đựng cao khi anh thường chơi trọn vẹn 90 phút trong các trận đấu. Anh đã không bỏ lỡ một giây phút nào trong 7 trận đấu của đội tuyển Đức ở World Cup 2010 tại Nam Phi.[39]

Mặc dù thường xuyên bị chỉ trích vì sự trầm lặng của mình,[8][33][40] nhưng anh là một cầu thủ tổ chức phòng ngự rất tốt.[41] Mertesacker cũng là một cầu thủ phân phối bóng khéo léo. Anh có trung bình 46,3 đường chuyền mỗi trận ở mùa giải 2010–2011, xếp thứ ba trong đội hình Bremen, và xếp thứ hai về tỷ lệ chuyền bóng thành công, với 82%.[42] Mertesacker thường được kết hợp với một hậu vệ linh động và nhanh nhẹn hơn anh, những người có thể bọc lót tốt trong những tình huống phòng ngự giống như Mats Hummels, Arne Friedrich và gần đây là Laurent Koscielny, mặc dù anh đã tạo lập được một cặp đôi phòng ngự tốt nhất Bundesliga với cầu thủ có dáng vóc tương đồng với anh, Naldo, trong thời gian ở Werder Bremen.