De afrikanska mästarna släppte in mål från Kerem Demirbay och Timo Werner, som nettade två gånger, medan Vincent Aboubakar tog ett tröst mål för dem.
Den okuvliga Lions fick också Ernest Mabouka skicka iväg efter förvirring med videoassistenten.
Sebastien Siani avvisades ursprungligen i ett fall av felaktig identitet innan felet korrigerades.
Colombiansk domare Wilmar Roldan konsulterade VAR efter en stor utmaning av Mabouka på Tysklands Emre Can ledde till Kamerun kapten Siani felaktigt får ett gult kort.
Det första resultatet var dock att byta färg på Sianis kort till rött.
Det var först efter Kameruns spelare insisterade på att han skulle gå igenom händelsen igen som han insåg sitt fel, återkallade Sianis uppsägning och skickade iväg den rätte skyldige Mabouka.
" Domaren gav ingen förklaring", sade Kamerun tränare Hugo Broos.
"Först av allt han gav ett rött kort mot Siani, sedan video ref ringde honom tillbaka och berättade för honom att det var fel spelare, så Mabouka skickades iväg.
"Båda spelarna [Can och Mabouka] hade sina ben höga, så jag förstår inte varför han var tvungen att ge ett rött kort. Jag tror att alla är förvirrade.
"Jag förstod det inte och jag förstår det fortfarande inte nu.
"Jag tror att detta är något för domaren. Han och han ensamma kan förklara vad som hände i den händelsen."
Som vinnare av grupp B kommer Tyskland att möta Mexiko under de fyra senaste åren i Sotji, Ryssland.
Portugal kommer att spela Chile i den andra semifinalen.
Kameruns Confederations Cup kampanj är över efter en 3-1 nederlag av Tyskland i deras slutliga Grupp B spel på söndag.