随后在国家队逐渐失去先发地位。在2002年世界杯小组赛同墨西哥国家队的比赛中，皮耶罗鱼跃冲顶打进了他在世界杯上的第一个进球，帮助国家队晋级十六强，但随后败给南韩。虽然尤文图斯受义甲丑闻牵连，所幸2006年世界盃他仍有入选最终出赛名单，皮耶罗于半决赛对阵德国队加时下半场最后三分钟中取得一粒决定性入球，并于决赛中后备上阵，于互射十二码中，射入第四个十二码，助国家队夺冠。2008年，皮耶罗曾7次作为队长代表意大利国家队出赛，而在同年9月替补上场对阵乔治亚的世界盃资格赛则是他在国家队最后的身影，虽然他曾表示只要教练