Il participe à partir du mois de à la Coupe du monde au Brésil. Il contribue au succès de la Colombie lors des trois matchs de poule, contre la Grèce (3-0), la Côte d'Ivoire (2-1) ainsi que face au Japon (4-1), en marquant un but dans chaque match et signant deux passes décisives. Il est ainsi par la suite élu meilleur joueur du mondial lors des phases de poules . Le , lors du huitième de finale contre l'Uruguay (2-0), il signe un doublé dont une sublime reprise de volée à l'entrée de la surface qui permet à son équipe de se qualifier pour les quarts de finale. Pour la troisième fois en quatre matchs, James Rodríguez est élu homme du match. En quarts, il inscrit le but de son équipe sur pénalty en fin de match mais ne peut empêcher la défaite contre le Brésil (2-1), pays hôte. Il termine meilleur buteur de la Coupe du monde avec six buts. Lors de la Copa América 2016, James Rodríguez marque sur penalty lors du premier match face au pays hôte les États-Unis, pour une victoire 2-0 des Colombiens, lors du second match de poule contre le Paraguay il donne une passe décisive et inscrit son second but dans la compétition.