Nel 2002 viene convocato per il suo secondo Mondiale, giocato in Corea del Sud e Giappone, dal CT Giovanni Trapattoni. Anche durante questa edizione rientra tra i protagonisti della manifestazione già dalla gara d'esordio contro l', dove segna la sua seconda doppietta in maglia azzurra. Nella seconda gara contro la porta in vantaggio l'Italia che, nonostante tutto, viene sconfitta per 2-1 dalla squadra avversaria. Vieri gioca anche gli ottavi di finale contro i padroni di casa , dove segna il gol del vantaggio per la nazionale italiana. La partita, tuttavia, viene vinta dai coreani (anche a causa dell'arbitraggio controverso del fischietto ecuadoriano Byron Moreno) e gli Azzurri vengono eliminati dalla competizione.