W dorosłej reprezentacji Gamberini zadebiutował 17 października 2006 roku podczas wygranyego 2:0 meczu towarzyskiego z reprezentacją Republiki Południowej Afryki. W czerwcu 2008 roku piłkarz zastąpił kontuzjowanego Fabio Cannavaro w kadrze Włochów na mistrzostwa Europy. Na turnieju był rezerwowym i nie rozegrał ani jednego meczu. W 2009 roku Marcello Lippi powołał go do zespołu narodowego na Puchar Konfederacji.