Efter 0–1-förlusten mot Frankrike och bara ett avslut på mål hade tyske förbundskaptenen Joachim Löw beordrat ett mer offensivt tänk av sitt lag.
Tyskland, som gjorde fiasko i VM 2018 med uttåg redan i gruppspelet, behövde ta minst en poäng för att inte upprepa det misslyckandet.
Tyskarna stormade framåt, men blev straffat av ett kontringsskickligt Portugal efter en kvart.
Direkt efter en tysk hörna ställde portugiserna om blixtsnabbt och Bernardo Silvas cross och Diego Jotas inspel gav Cristiano Ronaldo öppet mål.
Ronaldo var redan historiens bäste EM-målskytt, nu lyder den noteringen på tolv mål. Totalt har han gjort mäktiga 107 mål i landslaget.
Försvaret rämnade
Goda råd såg dyra ut för Tyskland – men Kai Havertz och Robin Gosens skulle se till att det portugisiska försvaret rämnade.
+ I 35:e e minuten drog Gosens till på volley och Havertz, som sköt Champions League-titeln till Chelsea, styrde i kamp med Ruben Diaz in kvitteringen. Sent omsider noterades målet som självmål.
+ Bara fyra minuter senare styrde Raphael Guerreiro in Tysklands 2–1-mål i egen bur efter en tilltrasslad situation där han försökte stoppa ett inspel från Joshua Kimmich.
+ I 51:a minuten stötte Havertz in 3–1 från nära håll på pass från Gosens.
+ Gosens fullbordade en stor kväll då han nickade in 4–1 i 60:e minuten innan han strax efteråt byttes ut.
– Det var en enastående insats av oss, en härlig attityd och energi. Vi ville ha bättre rörelse offensivt. Vi visade upp tempo och bra kombinationer, säger förbundskaptenen Joachim Löw enligt Reuters.
Raffinerad avslutning
Portugal reducerade genom Diego Jota och hade sedan ett stolpskott, men tyskarna höll undan till en seger som ger laget kanonläge till avancemang från "Dödens grupp".
Frankrike leder gruppen på fyra poäng, Tyskland och Portugal har tre och Ungern en poäng.
Avslutningen blir raffinerad då Tyskland tar emot Ungern i München och Frankrike ställs mot Portugal i Budapest. Portugal måste vinna för att bli topp två, men oavgjort kan också räcka för avancemang som en av de bästa grupptreorna.
– Alla kan fortfarande gå vidare, det här var en stark grupp redan från början. Det är upp till oss själva om vi ska avancera och vi behöver studsa tillbaka från det här, säger Portugals förbundskapten Fernando Santos.