Onder de nieuwe bondscoach, Roberto Donadoni, maakte Barzagli deel uit van de vaste verdediging van Italië, met aanvoerder Fabio Cannavaro als meest ervaren international in de defensie. Barzagli speelde in zeven interlands in het kwalificatietoernooi voor het Europees kampioenschap voetbal 2008, waaronder de beslissende uitzege tegen Schotland (1–2) op 17 november 2007. Italië plaatste zich voor het EK en bondscoach Donadoni nam Barzagli in mei 2008 op in de Italiaanse selectie voor het toernooi. Hij startte in de voorbereidende oefenwedstrijd tegen België (3–1 winst) in de basis en begon ook in de eerste groepswedstrijd van het Europees kampioenschap op 9 juni 2008. Het duel tegen Nederland werd met 0–3 verloren, door doelpunten van Ruud van Nistelrooij, Wesley Sneijder en Giovanni van Bronckhorst. Het centrale verdedigingsduo – Barzagli en Materazzi – werd na afloop van de wedstrijd bekritiseerd door Italiaanse media. In de volgende twee groepswedstrijden werden Barzagli en Materazzi vervangen door Fabio Grosso en Giorgio Chiellini. Na afloop van de groepsfase liep Barzagli tijdens een training een blessure aan zijn meniscus op, waardoor hij de verloren kwartfinale tegen de latere kampioen Spanje miste. Barzagli speelde onder de nieuwe bondscoach, Marcello Lippi, nog tweemaal een wedstrijd in het Italiaans elftal in 2008 – een oefenduel tegen Oostenrijk in augustus en een WK-kwalificatiewedstrijd tegen Cyprus in september – maar werd daarna ruim drie jaar lang niet opgeroepen voor het nationaal elftal van Italië. Hoewel Barzagli in het volgende competitieseizoen (2008/09) landskampioen werd met VfL Wolfsburg, werd hij niet opgenomen in de selecties voor de FIFA Confederations Cup 2009 en het wereldkampioenschap voetbal 2010.