Bei der infolge der COVID-19-Pandemie erst 2021 ausgetragenen Europameisterschaft 2020 gehörte er zum belgischen Kader. Alderweireld spielte in zwei von drei Gruppenspielen (lediglich im dritten, wo das Achtelfinale schon erreicht war, wurde er nicht aufgestellt) sowie im Achtel- und Viertelfinale. Im Viertelfinale schied Belgien gegen Italien aus.