Après la débâcle de 2002, la France semble se redresser en enchaînant les bons résultats, dont notamment une victoire très nette en Allemagne, où la France s'impose 3-0, Trezeguet réussissant un doublé. Ce match sera sans doute le plus beau au niveau de son association avec Thierry Henry. Il est sélectionné par Jacques Santini pour le championnat d'Europe 2004. Au premier tour, il permet à la France d'égaliser face à la Croatie (2-2). Ce sera son seul but de la compétition sur quatre matches. Trezeguet peine à être décisif comme l'ensemble de l'équipe. La France se fait éliminer en quart de finale à la surprise générale par la Grèce, futur champion d'Europe.