2006 gehörte er dem Kader für die Fußball-Weltmeisterschaft in Deutschland an. Er kam im Gruppenspiel gegen Italien zum Einsatz und sah dort von Schiedsrichter Jorge Larrionda aufgrund eines groben Foulspieles gegen Andrea Pirlo die rote Karte. Die FIFA-Disziplinarkommission sperrte Mastroeni daraufhin für drei Länderspiele und verurteilte ihn zu Zahlung einer Geldstrafe von 7.500 Schweizer Franken. Durch die Sperre verpasste er auch die ersten beiden Spiele des CONCACAF Gold Cup 2007.