Yeni teknik direktör Vicente del Bosque, Marchena'nın yerini yavaş yavaş Gerard Piqué'ye vermeye başladı, ama yine de onu 2009 FIFA Konfederasyonlar Kupası ve 2010 Dünya Kupası kadrosuna çağırdı. 29 Mayıs 2010 tarihinde çeyrek finalde 1-0 yendikleri Paraguay karşısında ikisi uzatmalar olmak üzere altı dakika oynadı. Oynadığı bu maç, Marchena'nın millî takımda üst üste yenilgisiz oynadığı 50. maç oldu ve bu rekorun önceki sahibi olan Garrincha'yı (49) geçti.