Kerem Demirbay Hamburger SV ve kiralık yılları

2012-2013 sezonunun devre arasında, sezon sonunda Hamburg'a transfer olacağı açıklandı. DFB-Pokal'ın ilk iki maçında ve Bundesliga'nın ikinci haftasından beşinci haftasına kadar ilk 18'de yer alsa da forma şansı bulamadı. Bu sırada dördüncü ligde mücadele eden Hamburger SV II takımı ile maçlara çıktı. Eylül ayında geçirdiği sakatlık nedeniyle sahalardan uzak kalan futbolcu, düzelmesinin hemen ardından bir sakatlık daha geçirdi. Nisan ayında sahalara dönen Demirbay, 19 Nisan 2014'te VfL Wolfsburg ile oynanan lig maçı kadrosuna alındı ve 73. dakikada Tomas Rincon'un yerine oyuna dahil olarak ilk Bundesliga maçına çıktı.

2014-2015 sezonunda Almanya 2. Lig ekiplerinden Kaiserslautern' e kiralandı. Burada maç eksiğini kapatan futbolcu, skor üretmede ise etkisiz kaldı 2015-2016 sezon başı kampını Hamburg'da geçiren futbolcu, takımda düşünülmeyince yeniden 2. Bundesliga'ya gönderildi ve Fortuna Düsseldorf'a bedelsiz kiralandı. Burada ligin altınca haftasından beri takımın değişmez oyuncularından biri olurken, gol ve asist sayısını da arttırmaya başladı. 29 Kasım 2015'te FSV Frankfurt'u 2-1 yendikleri maçta takımının iki golünü de atan futbolcu 85. dakikada ikinci sarı karttan kırmızı kart görüp oyun dışı kaldı. Bu karta tepki olarak kadın hakem Bibiana Steinhaus'a "Kadınların erkek futbolunda yeri yok" diyen futbolcu, daha sonra sözleri için özür dilese de federasyon tarafından ikisi bir yıl tehirli olmak üzere beş maç futboldan uzaklaştırıldı ve kulübü tarafından da genç yaş grubundan iki kız futbol takımının oynadığı bir maçta hakemlik yapması istendi. Demirbay, sezonu 10 gol ve 4 asistle kapatarak Bundesliga ekiplerinin dikkatini çekti.