במדי נבחרת איטליה ערך את הופעת הבכורה ב-1929 והיה שותף לזכייתה במונדיאל 1934 שנערך על אדמתה. ברטוליני יחד עם לואיס מונטי ואטיליו פראריס יצרו את הקישור האגדי שעזר לאיטלקים לזכות בטורניר זה. הוא שיחק בכל המשחקים מלבד משחק רבע הגמר הראשון נגד ספרד, והיה מזוהה כשחקן שלבש בנדנה לבנה בתמונות נבחרת איטליה של הטורניר. סיבת לבישת הבנדנה הייתה על מנת להגן על ראשו בזמן נגיחות.