En el Torneo de las Seis Naciones 2013, Castrogiovanni jugó como titular los cuatro primeros partidos. En el primero, contra Francia, marcó el segundo try en el minuto 57 y fue sustituido por Lorenzo Cittadini en el minuto 63. En el segundo y el tercer partido, volvió a ser sustituido por Cittadini, en los minutos 64 y 71, respectivamente. En este tercer partido, contra Gales, salió como capitán y fue excluido en el minuto 59 por falta en una melé formada, lo que dejó a su equipo en inferioridad, que fue aprovechada por Gales. También salió como capitán en la cuarta jornada, frente a Inglaterra y Cittadini lo sustituyó en el minuto 29. Jugó la Copa del Mundo de Rugby de 2015 y el Seis Naciones de 2016, que marcó el final de su carrera como internacional por Italia.