Agli ordini di Massimiliano Allegri, successore di Antonio Conte sulla panchina bianconera, il 2 maggio 2015 Barzagli vince il suo quarto scudetto consecutivo, grazie al successo esterno per 1-0 sulla . Il 20 dello stesso mese vince la sua prima Coppa Italia, giocando la vittoriosa finale di Roma sulla Lazio risoltasi ai supplementari. Il successivo 6 giugno parte titolare nella finale di Champions League contro il , che a Berlino vedrà prevalere i catalani per 3-1.