Giorgio Chiellini est aligné aux côtés de Leonardo Bonucci par Luigi Delneri lors de la saison 2010-2011. Dans le premier match de poule de la Ligue Europa contre le Lech Poznań (3-3) à domicile, il réalise un doublé. Courtisé par le Real Madrid, il prolonge de deux ans son contrat le et se retrouve donc lié à la Juve jusqu'en 2015. En championnat, il marque son premier but le dans le match à domicile contre la Lazio de Rome (2-1). Le , il obtient l"Oscar del calcio" du meilleur défenseur, aux côtés de Walter Samuel, pour la troisième fois consécutive. Chiellini fête sa sous le maillot de la Juventus à domicile contre l'Inter Milan, remporté 1-0. Le , il se blesse à la cuisse droite avec l'équipe nationale et est écarté des terrains pendant environ un mois. Le défenseur turinois fait son retour le dans le match gagné à l’extérieur face à la Lazio (0-1). Il inscrit son deuxième but de la saison en Serie A lors la dernière journée à domicile contre Naples (2-2). Chiellini dispute 43 rencontres au total (32 en championnat) pour quatre buts. La Juventus termine la saison à la septième place, sans se qualifier pour les Coupes d'Europe.