אלטובלי נכלל בסגל הנבחרת למונדיאל 1982 בספרד. הוא זומן על תקן מחליף לחלוצים הבכירים של הנבחרת, פאולו רוסי ופרנצ'סקו גרציאני, ולא זכה לדקות בשלב הבתים הראשון. הוא זכה להופעות ראשונות במונדיאל בשלב הבתים השני, כשהחליף בדקה ה-80 את רוסי בניצחון על ואת גרציאני בדקה ה-70 בניצחון על . במשחק הגמר מול , נפצע גרציאני כבר בדקה השביעית של המשחק, והוחלף על ידי אלטובלי. בדקה ה-81, כשהתוצאה עמדה על 2-0 לאיטליה, קיבל אלטובלי כדור רוחב מאגף ימין מברונו קונטי, הטעה את שוער נבחרת גרמניה, הראלד שומאכר, והעלה את איטליה ליתרון 3-0, בדרך לניצחון 3-1 ולזכייה בגביע העולם. אלטובלי היה לשחקן המחליף השני בהיסטוריה, מתוך ארבעה בסך הכל, שכובש בגמר מונדיאל, אחרי דיק נאנינחה בגמר מונדיאל 1978, ולפני רודי פלר בגמר מונדיאל 1986 ומריו גצה בגמר מונדיאל 2014.