Fu poi convocato per i Mondiali 1938, a cui gli Azzurri partecipavano da Campioni del Mondo in carica. L'Italia vinse la competizione, e Locatelli scese in campo nella finale vinta 4-2 contro l'. È uno dei quattro calciatori che hanno vinto sia i Mondiali sia le Olimpiadi: gli altri tre sono Pietro Rava, Sergio Bertoni e Alfredo Foni.