Alonso một lần nữa lại được chú ý đến với việc cùng Tây Ban Nha tham dự Euro 2004.Anh đã vào sân từ ghế dự bị trong trận Tây Ban Nha thắng 1-0 trước đội tuyển Nga và chơi đủ 90 phút trong trận tiếp Bồ Đào Nha.Tuy nhiên, Alonso đã bị lấy đi viễn cảnh được cùng đội tuyển tiến sâu vào vòng trong do thất bại trước hai đội bóng sau này đã vào chung kết: Hy Lạp và Bồ Đào Nha.Mặc dù số lần ra sân của Alonso ở giải này rất ít nhưng anh vẫn được cựu danh thủ Jan Molby chú ý đến bởi khả năng chuyền bóng siêu đẳng của anh.