Gli anni '10 del nuovo millennio, dopo un quinto posto al campionato mondiale 2010 e un quarto posto al campionato europeo 2011, iniziarono con la seconda affermazione consecutiva alla Coppa del Mondo 2011, con la squadra trascinata dall'italo-argentina, Carolina Costagrande, ottenendo quindi la qualificazione ai Giochi olimpici di Londra 2012, dove, per la terza volta consecutiva, le azzurre raggiunsero il quinto posto, venendo sconfitte ai quarti di finale dalla Corea del Sud: il torneo olimpico sarà poi anche l'ultima competizione disputata da Barbolini come allenatore azzurro poiché il 20 dicembre 2012 venne sostituito da Marco Mencarelli. Nel 2013 la nazionale guidata da Marco Mencarelli si aggiudica la medaglia d'oro agli XVII Giochi del Mediterraneo per poi concludere al sesto posto il campionato europeo. Ritorna quindi sulla panchina azzurra Marco Bonitta: nel 2014 la squadra ottiene il quarto posto al campionato mondiale, mentre nel 2015 il campionato europeo è chiuso al settimo posto. La qualificazione ai Giochi della XXXI Olimpiade avviene grazie alla vittoria del torneo A di qualificazione mondiale: tuttavia la spedizione azzurra ai giochi di Rio 2016 finisce con un ottavo posto e una sola vittoria all'attivo, contro il Porto Rico. Dopo l'addio di Bonitta al termine delle Olimpiadi, la nazionale viene affidata a Cristiano Lucchi solamente per la disputa delle qualificazioni al campionato europeo 2015. Nel dicembre 2016 viene annunciato il nuovo allenatore, Davide Mazzanti, ufficializzato nel mese di marzo 2017: nello stesso anno la squadra conquista la medaglia d'argento al World Grand Prix. Nel 2018, dopo il successo al Montreux Volley Masters, la compagine azzurra conquista la medaglia d'argento al campionato mondiale, battuta in finale dalla Serbia, mentre nel 2019 si aggiudica il bronzo al campionato europeo.