2000 és 2004 között az olasz válogatott szövetségi kapitánya volt. A 2002-es világbajnokságon a legjobb 16 között esett ki a csapattal a hazai Dél-Korea ellen, egy hosszabbításos mérkőzésen, ahol 2–1-es koreai győzelem született több vitatható bírói döntés mellett. A 2004-es portugáliai Európa-bajnokságon a svéd, a dán és a bolgár csapattal szerepelt egy csoportban az olasz válogatott. A svéd, a dán és az olasz csapat hármas holtversenyben végzett a csoportban és csak az egymás elleni több rúgott gól alapján lett harmadik, kieső az olasz válogatott. Történt mint ez úgy, hogy az utolsó fordulóban a dán–svéd találkozó 2–2-es döntetlennel zárult, amely mindkét csapatnak a továbbjutást jelentette. A sikertelen Európa-bajnokság után Trapattoni lemondott.