Dopo i Mondiali 2014 e il ritorno di Dunga sulla panchina verdeoro, Robinho ritorna tra i convocati e, nell'estate 2015, è convocato per la Coppa America in Cile. Va a segno nei quarti di finale contro il Paraguay, fissando il momentaneo 1-0 per i verdeoro. Nel finale, tuttavia, i paraguaiani pareggiano e vincono la sfida ai calci di rigore, estromettendo il Brasile dalla competizione esattamente come quattro anni prima.