Le (lors d'une victoire 3-1 à domicile sur l'Atalanta en championnat), et ce alors que tous les joueurs de l'effectif "juventino" ont déjà marqué au moins un but durant la saison, l'équipe lui laisse tirer le penalty synonyme de 3-1. Avec ce premier but inscrit sous les couleurs de la "Vieille Dame", tous les joueurs du club auront été buteurs durant cette saison 2011-12 (remportée par club). Il participe grandement au succès de la "Juve" qui finit championne et invaincue, dirigeant d'une main de fer la meilleure défense de Serie A (n'encaissant que 18 buts en 38 matchs). . Lors de la saison 2014-2015 il atteint la finale de la ligue des champions contre Barcelone, hélas pour lui il s'incline 3 buts à 1. Lors de l'année 2016-2017, avec Leonardo Bonucci et Giorgio Chiellini ils auront la meilleure défense de la ligue des champions, malheureusement pour lui la Juventus va s'incliner une nouvelle fois en finale cette fois-ci contre le Réal Madrid. Il sera régulièrement capitaine quand Chiellini n'est pas titulaire. Andrea Barzagli annonce sa retraite à la fin de saison 2018/2019 le après une défaite contre SPAL ( où il sera capitaine) . Le , lors du dernier match à domicile de la Juventus contre Atalanta, Barzagli a été remplacé à la 61e minute par Mario Mandžukić et a été ovationné par la foule.