מעמדו של לואיס אנריקה בנבחרת החל לדעוך לאחר היורו, בעיקר בשל פציעות שהתמודד עמן. במהלך מוקדמות מונדיאל 2002 פתח לראשונה בהרכב הנבחרת רק במחזור ה-5, נגד ב-2 ביוני 2001. לאחר מכן פתח בשני משחקים ועלה כמחליף במשחק נוסף, ועזר לנבחרתו להעפיל למונדיאל מהמקום הראשון בביתה פעם נוספת. לואיס אנריקה אמנם לא השתתף במשחקי הידידות שלקראת הטורניר, שנערך בקוריאה הדרומית ויפן, מכיוון שהיה פצוע, אך קמאצ'ו הכליל את לואיס אנריקה בסגל הנבחרת בכל זאת. בשלב הבתים, בו ניצחה ספרד את כל 3 משחקיה, פתח לואיס אנריקה בשני המשחקים הראשונים ונכנס כמליף בשלישי. בשמינית הגמר נגד שיחק לואיס אנריקה במשך כל המשחק, שלאחר שהסתיים בתיקו 1:1 בתום הזמן החוקי, המשיך להארכה ולדו-קרב בעיטות עונשין, בו ניצחה ספרד 3:2. ברבע הגמר נגד נכנס כמחליף בדקה ה-80. גם משחק זה המשיך להארכה, אחרי 0-0 בתום 90 הדקות. בדו-קרב בעיטות העונשין שנערך לאחר ההארכה הפסידה ספרד 5:3 והודחה מהטורניר.