Le Championnat d'Europe en 2014 est justement la première compétition officielle à laquelle participe Mathieu Grébille. Auteur de 8 buts sur 15 tirs en 1 heure de jeu, il participe activement à la victoire de l'équipe de France. Si le devenir Mondial 2015 au Qatar lui permet un an plus tard de devenir champion du monde, l'aventure est beaucoup plus difficile pour lui puisqu'il doit rater les premiers matchs à cause d'un virus et, à peine entré en jeu en demi-finale, il se blesse en tout début de seconde période après une mauvaise chute en contre-attaque. Victime d'une luxation acromio-claviculaire à l'épaule gauche, il est éloigné des terrains pendant un minimum de 3 mois après opération. Grébille se blesse à nouveau en août. Atteint d'une rupture du ligament croisé antérieur du genou gauche nécessitant une intervention chirurgicale, il est arrêté de la compétition pour une durée estimée entre 6 et 8 mois.