Facchetti melakukan penampilan sulungnya untuk pasukan kebangsaan Itali pada 23 Mac 1963 dalam aksi kelayakan Euro 1964 menentang Turki yang berakhir dengan kemenangan 1-0. Beliau telah beraksi dalam 94 perlawanan untuk Itali sekali gus beliau memegang rekod penampilan terbanyak bersama Itali pada masa itu sebelum ia dipintas oleh Dino Zoff, Paolo Maldini, Fabio Cannavaro dan Gianluigi Buffon. Beliau juga memakai lilitan kapten dalam 70 perlawanan sambil menjaringkan tiga gol antara tahun 1963 dan 1977. Beliau kini merupakan pemain kesembilan yang melakukan penampilan terbanyak. Beliau juga mewakili pasukan Itali ke kejohanan Piala Dunia 1966, 1970 dan 1974, beliau mengetuai Itali dalam edisi kejohanan 1970 dan 1974. Beliau juga mengetuai Itali yang berjaya menjuarai Euro 1968 dengan menyarung jersi nombor 10 selepas pasukannya mara ke perlawanan akhir melalui lemparan duit syiling berikutan permainan terikat seri menentang Kesatuan Soviet di peringkat separuh akhir. Pasukannya akhir mengatasi cabaran Yugoslavia 2-0 di perlawanan ulangan dan disenaraikan ke dalam pasukan terbaik kejohanan. Beliau juga dinamakan sebagai Bintang Pasukan Pilihan di kejohanan Piala Dunia 1970, di mana beliau membantu pasukannya mara ke final sebelum dikalahkan oleh Brazil 4-1.