Auch in der Qualifikation für die Weltmeisterschaftsendrunde 2006 in Deutschland war er in sechs Partien zum Einsatz gekommen. Nachdem sich die "Squadra Azzurra" als Gruppensieger für die Endrunde in der Bundesrepublik qualifizieren konnte, kam er in der Folge unter Marcello Lippi, der nach der EM 2004 die Nachfolge von Trapattoni antrat, zu fünf Einsätzen und wurde durch einen Sieg nach Elfmeterschießen im Finale gegen Frankreich Weltmeister. Nach erfolgter Qualifikation für die Europameisterschaft 2008 in Österreich und der Schweiz – Mauro Camoranesi kam zu sieben Einsätzen – nominierte Lippis Nachfolger Roberto Donadoni ihn für den italienischen Kader und setzte ihn allen drei Gruppenpartien ein. Dabei qualifizierten sich die Italiener als Gruppenzweiter für das Viertelfinale und schieden dort gegen den späteren Titelträger Spanien aus, hierbei wurde Camoranesi für Simone Perrotta eingewechselt. Als Weltmeister 2006 war die italienische Nationalmannschaft für den FIFA-Konföderationen-Pokal 2009 in Südafrika qualifiziert und Trainer Marcello Lippi, der nach der EM 2008 wieder Trainer der italienischen Nationalmannschaft wurde, berief ihn für den Kader für das Testturnier für die Weltmeisterschaftsendrunde. Dabei kam Mauro Camoranesi in zwei Partien zum Einsatz und schied nach der Gruppenphase aus. Auch bei der WM-Endrunde im folgenden Jahr in Südafrika war er nach sechs Qualifikationsspielen mit von der Partie und auch dieses Mal schied Italien nach der Gruppenphase aus. Nach dem Turnier wurde er vom neuen Nationaltrainer Cesare Prandelli nicht mehr nominiert.