Agli ottavi di finale gli azzurri eliminarono l'Austria dopo i tempi supplementari (2-1, reti di Chiesa e ancora Pessina, prima del gol della bandiera austriaco di Kalajdžić, che pose fine all'imbattibilità di Donnarumma), per poi avere la meglio anche sul , all'epoca capolista del "ranking" FIFA, ai quarti: Barella sbloccò il risultato dopo mezz'ora di gioco e allo scadere del primo tempo Lorenzo Insigne raddoppiò, mettendo a segno un gol considerato fra i più belli della manifestazione; a poco valse il calcio di rigore trasformato da Romelu Lukaku nel recupero della prima frazione di gioco. Ottenuta la qualificazione alle semifinali, l'Italia eliminò, come nell'edizione precedente dell'europeo, la Spagna, battendola per 4-2 ai tiri di rigore dopo l'1-1 dei 120 minuti di gioco (gol di Chiesa e pareggio di Morata), approdando per la quarta volta, la seconda delle ultime tre edizioni del campionato d'europa, alla finale.