Il 31 maggio 2015 Sampaoli lo inserisce nella lista dei 23 convocati per la Copa América 2015, svoltasi in Cile. Nella partita inaugurale del torneo, l'11 giugno contro l', contribuisce alla vittoria cilena per 2-0, segnando la rete del vantaggio con un calcio di rigore da lui stesso procuratosi. Nella seconda partita del girone, pareggiata per 3-3 contro il Messico, realizza la sua prima doppietta in Nazionale, siglando al contempo, grazie alla seconda marcatura dal dischetto, la millesima rete nella storia della "Roja". Gioca da titolare anche nella terza e ultima gara contro la Bolivia che, grazie alla vittoria per 5-0, sancisce il passaggio del turno per la formazione di Sampaoli. Dopo aver eliminato l'Uruguay ai quarti per 1-0, il Cile s'impone anche nella semifinale contro il Perù per 2-1. In finale la "Roja", dopo che i tempi regolamentari e supplementari erano terminati sullo 0-0, conquista la prima Copa América della sua storia superando ai rigori l', serie nella quale Vidal — peraltro premiato come miglior giocatore dell'incontro nonché inserito nel miglior undici della competizione — realizza il secondo "penalty".